EP2475817B1 - Seil mit filamenten aus kohlenstoff - Google Patents

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EP2475817B1
EP2475817B1 EP10747203.7A EP10747203A EP2475817B1 EP 2475817 B1 EP2475817 B1 EP 2475817B1 EP 10747203 A EP10747203 A EP 10747203A EP 2475817 B1 EP2475817 B1 EP 2475817B1
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EP
European Patent Office
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filaments
cable
rubbers
sizing
rope
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EP10747203.7A
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EP2475817B8 (de
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Christian Bruch
Florian Dr. GOJNY
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SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
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Publication date
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Publication of EP2475817B1 publication Critical patent/EP2475817B1/de
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    • Y10T428/292—In coating or impregnation

Definitions

  • the present invention relates to a rope, in particular for use in a load application, such as for use in a cable lift, which comprises filaments containing carbon and surrounded by a matrix of polymeric material, as well as a truck-trailer system with such a cable and a method for producing a cable such a rope.
  • the known filaments containing carbon-based ropes have a relatively low wear resistance and a correspondingly short life.
  • the relatively low wear resistance of these cables is due in particular to the fact that the individual filaments move relative to each other during a load of the rope and thereby rub against each other, whereby damage, such as cracks, can occur on the peripheral surface of the fibers, which the tensile strength of the individual filaments reduce or even lead to tearing of individual filaments.
  • the known ropes of the above type have the disadvantage that they have a relatively low flexibility transverse to the longitudinal direction of the rope and consequently a low curvature. Therefore, these ropes, for example, when used in a load elevator, in which these are guided over one or more pulleys, an increased wear, if they are not guided over the pulley (s) with a relatively large radius of curvature.
  • DE 3813338 A1 describes a tension member made of unidirectionally extending high-strength fibers embedded in an elastic matrix, wherein the fibers do not touch each other.
  • the tensile load receiving part consists of a fiber composite material, in which the reinforcing fibers extend unidirectionally in the direction of the tensile load.
  • a rubber rope is described that is reinforced with several separate fiber strands.
  • a central fiber strand of fibers of high tensile strength is arranged centrally. This central strand is surrounded by several twisted fiber strands.
  • the object of the present invention is to provide a cable, which is characterized by improved stability, better wear resistance, increased durability and increased flexibility, as well as in the provision of a load-train system with such a rope and a method for producing such a rope.
  • this object is achieved by a rope according to claim 1 and in particular by a cable comprising carbon-containing filaments, which are each coated with a size, wherein the filaments encased in the size are surrounded by a matrix, wherein the matrix of a at least one elastomer and / or at least one thermoplastic elastomer containing material is composed and wherein individual from The plain-sheathed filaments are twisted together or formed as a fabric.
  • the carbon-based filaments are in each case encased in a size, it is ensured that the individual filaments adhere firmly and permanently to the matrix material surrounding them. Consequently, the sheaths of the individual filaments of sizing act as adhesion promoters between the respective filament and the matrix surrounding it.
  • the matrix separates the individual filaments encased in each case by the size. Because the matrix is composed of a material containing at least one elastomer and / or at least one thermoplastic elastomer, it is elastic and can absorb any stresses in the rope.
  • any material which ensures good adhesion of carbon-based filaments to an elastomer or a thermoplastic elastomer i. E. which has both good adhesion to carbon-based filaments and good adhesion to elastomer or thermoplastic elastomer.
  • the size contains at least one material selected from the group consisting of polyurethanes, thermoplastic elastomers, polyesters, rubbers, rubber derivatives and any combination of two or more of the above compounds.
  • the size is one of the above materials.
  • any elastomer and / or thermoplastic elastomer can be used as the matrix material.
  • elastomer include materials selected from the group consisting of ethylene-propylene-diene rubbers, chloroprene rubbers, chlorosulfonyl-polyethylene rubbers, ethylene-vinyl acetate rubbers, butyl rubbers, Acrylonitrile-butadiene rubbers, natural rubber, styrene-butadiene rubbers, acrylic rubbers, fluororubbers, silicone rubbers, polyolefin rubbers, and any combination of two or more of the foregoing, the matrix preferably being one or more of the foregoing. These materials have good elasticity properties and, in addition, can bond firmly and permanently to carbon-based filaments after adhesion by size.
  • thermoplastic elastomers to be used in the matrix include materials selected from the group consisting of styrene block copolymers, styrene-diene block copolymers, mixtures of ethylene-propylene-diene rubbers, and polypropylene, urethane-based thermoplastic elastomers, thermoplastic ones Copolyester-based elastomers, copolyamide-based thermoplastic elastomers, and any combination of two or more of the aforementioned compounds, the matrix preferably consisting of one or more of the foregoing materials. These materials also have good elasticity properties and can also adhere firmly and permanently to filaments based on carbon after adhesion mediation by size.
  • thermoplastic elastomers can be used both as a matrix material and as a sizing material.
  • the size and the matrix are composed of two different materials, that is to say in the case of respectively thermoplastic elastomers of two different thermoplastic elastomers.
  • the individual filaments in the matrix material are at least approximately evenly distributed, so that the individual filaments are each surrounded by an at least approximately equal amount of matrix material.
  • the filaments coated with the size are each at least 93% by weight, preferably at least 95% by weight, more preferably at least 98% by weight and most preferably entirely from carbon.
  • Such filaments have a particularly high tensile strength.
  • the rope may contain fibers of other materials, such as those selected from the group consisting of glass fibers, aramid fibers, metal fibers, ceramic fibers, and any combination of two or more of the foregoing fiber types.
  • fibers of other materials such as those selected from the group consisting of glass fibers, aramid fibers, metal fibers, ceramic fibers, and any combination of two or more of the foregoing fiber types.
  • the maximum deviation of the individual filaments from the longitudinal axis of the rope is preferably not more than 15 °, more preferably not more than 10 °, even more preferably not more than 5 °, particularly preferably not more than 2 ° and most preferably 0 °.
  • the filaments have their maximum tensile strength, without significant lateral forces acting on the individual fibers, whereby the tensile strength and robustness of the rope is increased. More preferably, at least 80%, more preferably at least 90%, and most preferably all filaments have such orientation.
  • the filaments encased in the size each cover at least half the length of the rope, preferably at least 75% of the length of the rope, more preferably at least 90% of the length of the rope and most preferably extend the entire length of the rope.
  • the individual filaments can be several decimeters up to several meters long.
  • the rope has a flat cross-section.
  • a flat cross-section is understood to mean that the cable has an aspect ratio of greater than 1.
  • Aspect ratio in this context refers to the quotient of the maximum cross-sectional dimension of the rope to the maximum extent of the cross-section of the rope in a direction that is proportional to the direction the maximum cross-sectional dimension is vertical. Due to the flat cross-section, the bendability of the rope in the height direction increases even further. Particularly good results are achieved in this regard if the aspect ratio is greater than 2 and particularly preferably greater than 4.
  • the cross section of the cable is convex.
  • the rope may have a flat side with a smooth surface which is convexly curved and has no right-angled or acute-angled edges, and which preferably extends at least approximately over the entire width of the rope.
  • the cable may have in the longitudinal direction of the rope extending round edges and / or one or more extending in the longitudinal direction of the rope guide groove (s).
  • a guide groove may, for example, be located at the edge of a surface as described above and be designed to secure the cable to a correspondingly configured deflection roller.
  • the filaments encased in the size are formed as a fabric.
  • the warp content of the fabric is preferably higher than its weft content.
  • the cable has, based on its cross-section, a plurality of layers arranged one above the other, each layer comprising a plurality of the carbon-containing filaments.
  • the individual layers have different elasticities from each other, wherein the elasticities of the individual layers from one side of the rope to the opposite side of the rope, particularly preferably, increase successively.
  • Such a rope with a deflection such as a deflection roller, preferably has the side of the rope with which the rope rests on the deflection, a lower elasticity than the opposite side of the rope.
  • a good curvature of the rope in the direction of the deflection and a close contact of the rope is achieved at the deflection at the same time high tensile strength and stability of the rope.
  • Such a variation of the elasticity can be achieved, for example, by providing a different number of filaments per cross-sectional area in the individual layers and / or filaments of different thicknesses or textures in the individual layers.
  • the cable according to the invention may comprise a sheath enclosing the matrix, which preferably comprises or consists of a plastic and at least one aggregate, which is preferably a metal.
  • the rope may have an edge protector, which preferably comprises a fabric made of metal.
  • the load-train system may in particular be a cable lift, wherein the cable may be connected at one end to a load, for example an elevator car.
  • the truck-trailer system comprises at least one deflector over which the cable is guided.
  • the at least one deflection device may be, for example, a deflection roller.
  • the cable preferably has a flat side and rests with the flat side on the surface of the deflection device.
  • the cable based on its cross-section, at least two superimposed layers each having different elasticity, wherein the deflecting device facing away from the layer has a higher elasticity than the deflection of the facing layer.
  • Another object of the invention is the use of a rope according to the invention or a load-train system according to the invention for pulling a load.
  • the individual filaments of the rope are twisted together.
  • Another object of the present invention is a method for producing a previously described rope, in which at least two filaments containing carbon are each coated with a size and the filaments encased in the size are subsequently coated with at least one elastomer and / or at least one thermoplastic elastomer-containing matrix material are impregnated.
  • the filaments are present as loose filaments or filament bundles (rovings) so that the impregnation can penetrate particularly easily into the region between the filaments coated by the size.
  • the filaments can be dried and / or cured after application of the size and before impregnation.
  • one or more roving (s) can be pulled through a bath of the sizing material, the thus treated filaments are then optionally dried and then impregnated with the matrix material, for example by pultrusion.
  • the cable has a plurality of carbon-containing filaments 10, each of which is coated with a size 12, the filaments 10 covered by the size 12 being surrounded by a matrix 14 made of a material containing at least one elastomer and / or at least one thermoplastic elastomer is composed.
  • the filaments 10 are 100% carbon filaments.
  • the rope has a convex cross section and an aspect ratio, which corresponds to the quotient from the width B to the height H, of greater than 1.
  • the Fig. 2 shows an enlargement of the section A of the cross section of the in Fig. 1 illustrated rope.
  • the sizing 12 is the extension in the longitudinal direction of the rope shown.
  • the filaments 10 extend at least approximately parallel to each other in the longitudinal direction of the rope, the individual filaments 10 are separated from each other by the matrix 14 and are each completely enclosed by matrix material 14.
  • the filaments 10 are distributed relatively uniformly in the matrix 14, so that the distance d between individual filaments 10 and their nearest neighbor filaments 10 is at least approximately the same for all filaments 10.
  • Fig. 3 shows a partially sectioned view of a cable according to the invention according to a second embodiment, which has a rectangular cross-section, wherein the individual corners are rounded to form four round edges 16.
  • Fig. 4 is a partially sectioned view of a cable according to the invention according to a third embodiment shown, which has two guide grooves 18. With the guide grooves 18, the rope can engage accurately in a guide or deflection.
  • the Fig. 5 shows a sectional view of a cable according to the invention according to a fourth embodiment, which is guided over a guide roller 20 which is mounted on an axle 22.
  • the rope has, based on its cross-section, a plurality of superimposed layers 24a-d, each layer 24a-d comprising a plurality of carbon-containing filaments 10.
  • the layers 24a-d have different elasticities, wherein the elasticity of the layer 24a, which is located on the side facing away from the guide roller 20 side of the rope to the layer 24d, which is located on the pulley 20 side facing the rope, gradually decreases.

Landscapes

  • Ropes Or Cables (AREA)
  • Lift-Guide Devices, And Elevator Ropes And Cables (AREA)
  • Cage And Drive Apparatuses For Elevators (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Seil, insbesondere für die Verwendung in einer Lastanwendung, wie beispielsweise für die Verwendung in einem Seilaufzug, welches Kohlenstoff enthaltende und von einer Matrix aus Polymermaterial umgebene Filamente umfasst, sowie ein Lastzugsystem mit einem solchem Seil und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Seils.
  • Es ist bekannt, in Seilen zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Seils Kohlenstoff enthaltende Filamente vorzusehen und diese in einer Matrix aus Polymermaterial einzubetten.
  • Allerdings weisen die bekannten, Filamente auf Kohlenstoffbasis enthaltenden Seile eine verhältnismäßig geringe Verschleißbeständigkeit und eine entsprechend geringe Lebensdauer auf. Die vergleichsweise geringe Verschleißbeständigkeit dieser Seile liegt insbesondere darin begründet, dass sich die einzelnen Filamente während einer Belastung des Seils relativ zueinander bewegen und dabei aneinander reiben, wodurch Beschädigungen, wie beispielsweise Risse, an der Umfangsfläche der Fasern entstehen können, welche die Zugfestigkeit der einzelnen Filamente verringern oder gar zu einem Reißen einzelner Filamente führen können.
  • Desweiteren weisen die bekannten Seile der vorstehenden Art den Nachteil auf, dass diese eine vergleichsweise geringe Flexibilität quer zu der Längsrichtung des Seils und infolge dessen eine geringe Krümmbarkeit aufweisen. Daher unterliegen diese Seile beispielsweise bei der Verwendung in einem Lastaufzug, in dem diese über eine oder mehrere Umlenkrollen geführt werden, einem erhöhten Verschleiß, wenn diese nicht mit einem verhältnismäßig großen Krümmungsradius über die Umlenkrolle(n) geführt werden.
  • In DE 3813338 A1 wird ein Zugelement aus unidirektional verlaufenden hochfesten Fasern beschrieben, die in einer elastischen Matrix eingebettet sind, wobei sich die Fasern untereinander nicht berühren.
  • Auch in der WO 2009/090299 A1 wird ein Zugelement beschrieben, dessen die Zuglast aufnehmender Teil aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, in welchem die Verstärkungsfasern unidirektional in Richtung der Zuglast verlaufen.
  • In der WO 2009/063952 A1 wird ein Gummiseil beschrieben, dass mit mehreren separaten Fasersträngen verstärkt ist. Ein zentraler Faserstrang aus Fasern hoher Zugfestigkeit ist dabei mittig angeordnet. Dieser mittige Strang wird von mehreren verdrillten Glasfasersträngen umgeben.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Seiles, welches sich durch eine verbesserte Stabilität, durch eine bessere Verschleißbeständigkeit, durch eine erhöhte Lebensdauer und eine erhöhte Flexibilität auszeichnet, sowie in der Bereitstellung eines Lastzugsystems mit einem derartigen Seil sowie eines Verfahrens zur Herstellung eines derartigen Seils.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Seil gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst und insbesondere durch ein Seil, das Kohlenstoff enthaltende Filamente umfasst, welche jeweils von einer Schlichte ummantelt sind, wobei die von der Schlichte ummantelten Filamente von einer Matrix umgeben sind, wobei die Matrix aus einem wenigstens ein Elastomer und/oder wenigstens ein thermoplastisches Elastomer enthaltendem Material zusammengesetzt ist und wobei einzelne von der Schlichte ummantelte Filamente miteinander verdrillt oder als Gewebe ausgebildet sind.
  • Indem die Filamente auf Kohlenstoffbasis erfingdungsgemäß jeweils von einer Schlichte ummantelt sind, wird gewährleistet, dass die einzelnen Filamente fest und dauerhaft an dem diese umgebenden Matrixmaterial haften. Mithin wirken die Ummantelungen der einzelnen Filamente aus Schlichte als Haftvermittler zwischen dem jeweiligen Filament und der dieses umgebenden Matrix. Dabei trennt die Matrix die einzelnen jeweils von der Schlichte ummantelten Filamente voneinander. Weil die Matrix aus einem wenigstens ein Elastomer und/oder wenigstens ein thermoplastisches Elastomer enthaltenden Material zusammengesetzt ist, ist diese elastisch und kann etwaige Spannungen im dem Seil aufnehmen. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die einzelnen Filamente in dem Seil, auch wenn auf das Seil infolge einer Lastanlegung eine große Zugkraft einwirkt, relativ zueinander bewegen können, ohne dass sich die einzelnen Filamente direkt berühren und infolge dessen aneinander reiben, Aufgrund dessen weist das Seil eine hohe und dauerhafte Verschleißfestigkeit auf. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn das Seil mit angelegter Last über eine Umlenkeinrichtung, wie beispielsweise eine Umlenkrolle, geführt wird. Dabei treten zwangsläufig große Relativbewegungen der in der an der Umlenkrolle anliegenden Seite des Seils vorliegenden Filamente zu den in dem Seil weiter außen gelegenen Filamenten auf. Aus den vorstehenden Gründen wird auch in diesem Fall aufgrund der elastischen Eigenschaften der die Filamente umgebenden Matrix und aufgrund der festen Haftung der Filamente an dem Matrixmaterial infolge der Ummantelung aus Schlichte ein zu Verschleiß führendes Aneinanderreihen der einzelnen Filamente zuverlässig verhindert. Aufgrund dessen zeichnet sich das erfindungsgemäße Seil auch durch eine erhöhte Flexibilität und eine erhöhte Krümmbarkeit aus, weswegen dieses beispielsweise auch an Umlenkrollen mit vergleichsweise kleinem Radius gleichmäßig anliegen kann, ohne bei Belastung beschädigt zu werden.
  • Grundsätzlich kann als Schlichte jedes Material eingesetzt werden, welches eine gute Haftvermittlung von Filamenten auf Kohlenstoffbasis an ein Elastomer bzw. ein thermoplastisches Elastomer gewährleistet, d.h. welches sowohl eine gute Haftung an Filamenten auf Kohlenstoffbasis als auch eine gute Haftung an Elastomer bzw. thermoplastischem Elastomer aufweist. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn die Schlichte wenigstens ein Material enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Polyurethanen, thermoplastischen Elastomeren, Polyestern, Kautschuken, Kautschukderivaten und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorstehenden Verbindungen besteht. Vorzugsweise besteht die Schlichte aus einem der vorstehenden Materialien.
  • Als Matrixmaterial kann prinzipiell jedes Elastomer und/oder thermoplatisches Elastomer eingesetzt werden. Besonders geeignete Beispiele für Elastomer schließen Materialien ein, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken, Chloroprenkautschuken, Chlorsulfonyl-Polyethylen-Kautschuken, Ethylenvinylacetatkautschuken, Butylkautschuken, Acrylnitril-Butadien-Kautschuken, Naturkautschuk, Styrolbutadienkautschuken, Acrylkautschuken, Fluorkautschuken, Silikonkautschuken, Polyolefinkautschuken und beliebigen Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen besteht, wobei die Matrix vorzugsweise aus einem oder mehreren der vorstehenden Materialien besteht. Diese Materialien weisen gute Elastizitätseigenschaften auf und können zudem nach Haftvermittlung durch Schlichte fest und dauerhaft an Filamenten auf Kohlenstoffbasis haften.
  • Geeignete Beispiele für in der Matrix einzusetzende thermoplastische Elastomere schließen Materialien ein, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Styrol-Blockcopolymeren, Styrol-Dien-Blockcopolymeren, Mischungen aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken sowie Polypropylen, thermoplastischen Elastomeren auf Urethanbasis, thermoplastischen Elastomeren auf Copolyesterbasis, thermoplastischen Elastomeren auf Copolyamidbasis und beliebigen Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen besteht, wobei die Matrix vorzugsweise aus einem oder mehreren der vorstehenden Materialien besteht. Auch diese Materialien weisen gute Elastizitätseigenschaften auf und können zudem nach Haftvermittlung durch Schlichte fest und dauerhaft an Filamenten auf Kohlenstoffbasis haften.
  • Wie dargelegt, können beispielsweise thermoplastische Elastomere sowohl als Matrixmaterial als auch als Schlichtematerial eingesetzt werden. Erfindungsgemäß sind jedoch die Schlichte und die Matrix aus zwei verschiedenen Materialien zusammengesetzt, also in dem Fall von jeweils thermoplastischen Elastomeren aus zwei verschiedenen thermoplastischen Elastomeren.
  • Um eine besonders hohe Verschleißfestigkeit des Seils zu erreichen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass wenigstens 50 %, bevorzugt wenigstens 80 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 % und ganz besonders bevorzugt 100 % der von Schlichte ummantelten Filamente jeweils von dem Matrixmaterial vollständig umschlossen sind. Dadurch werden die einzelnen Filamente über ihre gesamte Umfangsfläche und ihre gesamte Länge durch das Matrixmaterial voneinander getrennt, so dass ein Aneinanderreiben der einzelnen Filamente über deren gesamte Fläche zuverlässig verhindert wird. Vollständig umschlossen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Außenumfangsfläche jedes mit Schlichte beschichteten Filaments zu wenigstens 80 %, bevorzugt zu wenigstens 90 %, besonders bevorzugt zu wenigstens 95 %, ganz besonders bevorzugt zu wenigstens 98 % und höchst bevorzugt zu 100 % von Matrixmaterial umgeben ist.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass die einzelnen Filamente in dem Matrixmaterial, bezogen auf den Querschnitt des Seils, zumindest annähernd gleichmäßig verteilt sind, so dass die einzelnen Filamente jeweils mit einer zumindest annähernd gleichen Menge von Matrixmaterial umgeben sind.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die von der Schlichte ummantelten Filamente jeweils zu wenigstens 93 Gew.-%, bevorzugt zu wenigstens 95 Gew.-%, besonders bevorzugt zu wenigstens 98 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt vollständig aus Kohlenstoff. Derartige Filamente weisen eine besonders hohe Zugfestigkeit auf.
  • Zusätzlich zu den Filamenten auf Kohlenstoffbasis kann das Seil Fasern aus anderen Materialien enthalten, wie beispielsweise solche ausgewählt aus der aus Glasfasern, Aramidfasern, Metallfasern, Keramikfasern und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorstehenden Fasertypen bestehenden Gruppe. Allerdings ist es in diesem Fall bevorzugt, dass wenigstens 50 % der von der Matrix umgebenen Fasern Kohlenstofffasern sind.
  • In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass sich wenigstens 50 % der von der Schlichte ummantelten Filamente entlang der Längsrichtung des Seils erstrecken, wobei die maximale Abweichung der einzelnen Filamente von der Längsachse des Seils vorzugsweise maximal 15°, weiter bevorzugt maximal 10°, noch weiter bevorzugt maximal 5°, besonders bevorzugt maximal 2° und höchst bevorzugt 0° beträgt. Dadurch wird erreicht, dass die Filamente ihre maximale Zugfestigkeit aufweisen, ohne dass auf die einzelnen Fasern erhebliche Querkräfte wirken, wodurch die Zugfestigkeit und Robustheit des Seils erhöht wird. Besonders bevorzugt weisen wenigstens 80 %, noch weiter bevorzugt wenigstens 90 % und höchst bevorzugt alle Filamente eine solche Ausrichtung auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die von der Schlichte ummantelten Filamente jeweils über zumindest die Hälfte der Länge des Seils, bevorzugt über zumindest 75 % der Länge des Seils, besonders bevorzugt über zumindest 90 % der Länge des Seils und höchst bevorzugt über die gesamte Länge des Seils erstrecken. Um dies zu erreichen, können die einzelnen Filamente mehrere Dezimeter bis zu mehrere Meter lang sein.
  • Einzelne Filamente des erfindungsgemäßen Seils sind miteinander verdrillt was insbesondere dann bevorzugt ist, wenn die Seile bei ihrer Verwendung über Umlenkeinrichtungen, wie beispielsweise Umlenkrollen, geführt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Seil einen flachen Querschnitt auf. Unter flachem Querschnitt wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass das Seil ein Aspektverhältnis von größer als 1 aufweist. Aspektverhältnis bezeichnet in diesem Zusammenhang den Quotienten der maximalen Querschnittsausdehnung des Seils zu der maximalen Ausdehnung des Querschnitts des Seils in einer Richtung, welche zu der Richtung der maximalen Querschnittsausdehnung senkrecht ist. Durch den flachen Querschnitt erhöht sich die Krümmbarkeit des Seils in der Höhenrichtung noch weiter. Besonders gute Ergebnisse werden diesbezüglich erreicht, wenn das Aspektverhältnis größer als 2 und besonders bevorzugt größer als 4 beträgt.
  • Um eine Anlegung des Seils an eine Umlenkeinrichtung, beispielsweise an eine Umlenkrolle, zu erleichtern, ist es ferner bevorzugt, dass der Querschnitt des Seils konvex ist. Beispielsweise kann das Seil eine Flachseite mit einer glatten Oberfläche aufweisen, die konvex gekrümmt ist und keine rechtwinkligen oder spitzwinkligen Kanten aufweist, und die sich vorzugsweise zumindest annähernd über die gesamte Breite des Seils erstreckt.
  • Zudem kann das Seil in Längsrichtung des Seils verlaufende Rundkanten aufweisen und/oder eine oder mehrere in Längsrichtung des Seils verlaufende Führungsnute(n) aufweisen. Eine solche Führungsnut kann sich beispielsweise am Rand einer wie oben beschriebenen Oberfläche befinden und zum Festlegen des Seils an einer entsprechend ausgestalteten Umlenkrolle ausgebildet sein.
  • Erfindungsgemäss sind die von der Schlichte ummantelten Filamente als Gewebe ausgebildet. In diesem Fall ist der Kettanteil des Gewebes vorzugsweise höher als dessen Schussanteil. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Seil, bezogen auf seinen Querschnitt, mehrere übereinander angeordnete Schichten auf, wobei jede Schicht mehrere der Kohlenstoff enthaltenden Filamente umfasst. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die einzelnen Schichten voneinander verschiedene Elastizitäten aufweisen, wobei die Elastizitäten der einzelnen Schichten von einer Seite des Seils zu der gegenüberliegenden Seite des Seils besonders bevorzugt sukzessive zunehmen. Bei der Verwendung eines solchen Seils mit einer Umlenkeinrichtung, wie beispielsweise einer Umlenkrolle, weist vorzugsweise die Seite des Seils, mit der das Seil auf der Umlenkeinrichtung aufliegt, eine geringere Elastizität auf als die dieser gegenüberliegende Seite des Seils. Dadurch wird eine gute Krümmbarkeit des Seils in Richtung der Umlenkung und eine enge Anlage des Seils an die Umlenkeinrichtung bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit und Stabilität des Seils erreicht. Eine solche Variation der Elastizität kann beispielsweise erreicht werden, indem in den einzelnen Schichten eine jeweils verschiedene Anzahl von Filamenten pro Querschnittsfläche und/oder in den einzelnen Schichten Filamente mit verschiedener Dicke oder Beschaffenheiten vorgesehen wird/werden.
  • Um das Seil gegen äußere mechanische Einflüsse zu schützen, kann das erfindungsgemäße Seil eine die Matrix einschließende Ummantelung aufweisen, welche vorzugsweise einen Kunststoff und wenigstens einen Zuschlagsstoff, welcher vorzugsweise ein Metall ist, aufweist oder daraus besteht.
  • Außerdem kann das Seil einen Kantenschutz, welcher vorzugsweise ein Gewebe aus Metall umfasst, aufweisen.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Lastzugsystem, welches ein erfindungsgemäßes Seil aufweist. Bei dem Lastzugsystem kann es sich insbesondere um einen Seilaufzug handeln, wobei das Seil an einem Ende mit einer Last, beispielsweise einer Aufzugkabine, verbunden sein kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Lastzugsystem wenigstens eine Umlenkeinrichtung, über welche das Seil geführt wird. Dabei kann die wenigstens eine Umlenkeinrichtung beispielsweise eine Umlenkrolle sein.
  • Insbesondere bei der vorstehenden Ausführungsform weist das Seil bevorzugt eine Flachseite auf und liegt mit der Flachseite auf der Oberfläche der Umlenkeinrichtung auf.
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform ist es zudem bevorzugt, dass das Seil, bezogen auf seinen Querschnitt, wenigstens zwei übereinander angeordnete Schichten jeweils unterschiedlicher Elastizität aufweist, wobei die der Umlenkeinrichtung abgewandte Schicht eine höhere Elastizität aufweist als die der Umlenkeinrichtung zugewandte Schicht. Hierdurch kann, wie vorstehend erwähnt, eine gute Krümmbarkeit des Seils in Richtung der Umlenkung und eine enge Anlage des Seils an der Umlenkeinrichtung bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit und Stabilität des Seils erreicht werden.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Seils oder eines erfindungsgemäßen Lastzugsystems zum Ziehen einer Last.
  • Wenn das Seil bei dessen Verwendung über wenigstens eine Umlenkeinrichtung, beispielsweise über wenigstens eine Umlenkrolle geführt wird, sind die einzelnen Filamente des Seils miteinander verdrillt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Seils, bei dem wenigstens zwei Kohlenstoff enthaltende Filamente jeweils mit einer Schlichte ummantelt werden und die von der Schlichte ummantelten Filamente anschließend mit einem wenigstens ein Elastomer und/oder wenigstens ein thermoplastisches Elastomer aufweisenden Matrixmaterial imprägniert werden.
  • Vorzugsweise liegen die Filamente nach dem Auftrag der Schlichte und/oder vor der Imprägnierung als lose Filamente bzw. Filamentbündel (Rovings) vor, damit die Imprägnierung besonders einfach in den Bereich zwischen den von der Schlichte ummantelten Filamenten eindringen kann. Die Filamente können hierzu nach dem Auftrag der Schlichte und vor der Imprägnierung getrocknet und/oder gehärtet werden. Hierzu können beispielsweise ein oder mehrere Roving(s) durch ein Bad aus dem Schlichtematerial gezogen werden, die so behandelten Filamente anschließend optional getrocknet werden und dann mit dem Matrixmaterial, beispielsweise durch Pultrusion, imprägniert werden.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;
    Fig. 2
    eine Vergrößerung des Ausschnitts A des in der Fig. 1 gezeigten Seils;
    Fig. 3
    eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;
    Fig. 4
    eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels und
    Fig. 5
    eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels.
  • In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Seil gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels dargestellt. Das Seil weist mehrere Kohlenstoff enthaltende Filamente 10 auf, welche jeweils von einer Schlichte 12 ummantelt sind, wobei die von der Schlichte 12 ummantelten Filamente 10 von einer Matrix 14 umgeben sind, die aus einem wenigstens ein Elastomer und/oder wenigstens ein thermoplastisches Elastomer enthaltendem Material zusammengesetzt ist. Bei den Filamenten 10 handelt es sich um aus 100% Kohlenstoff bestehende Filamente.
  • Das Seil weist einen konvexen Querschnitt und ein Aspektverhältnis, welches dem Quotienten aus der Breite B zu der Höhe H entspricht, von größer als 1 auf.
  • Die Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung des Ausschnitts A des Querschnitts des in der Fig. 1 dargestellten Seils. Zum Zwecke der Illustration ist in dieser Figur lediglich für zwei der von der Schlichte 12 ummantelten Filamente 10 die Erstreckung in Längsrichtung des Seils dargestellt.
  • Wie in der Fig. 2 gezeigt, verlaufen die Filamente 10 zumindest annähernd parallel zueinander in Längsrichtung des Seils, wobei die einzelnen Filamente 10 durch die Matrix 14 voneinander getrennt sind und jeweils vollständig von Matrixmaterial 14 umschlossen sind. Dabei sind die Filamente 10 relativ gleichmäßig in der Matrix 14 verteilt, so dass der Abstand d zwischen einzelnen Filamenten 10 und ihren nächstgelegenen Nachbarfilamenten 10 für alle Filamente 10 zumindest annähernd gleich ist. Durch das Umschließen der Filamente 10 mit der Matrix 14 und die durch die Schlichte 12 bewirkte gute Haftung des Matrixmaterials 14 auf den Filamenten 10 wird ein gegenseitiges Reiben der einzelnen Filamente 10 untereinander verhindert und durch die elastische Verformbarkeit der Matrix 14 zugleich eine Relativbeweglichkeit der einzelnen Filamente 10 zueinander gewährleistet, wodurch insgesamt eine hohe und dauerhafte Verschleißbeständigkeit des Seils erreicht wird.
  • Die Fig. 3 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels, welches einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die einzelnen Ecken unter Ausbildung von vier Rundkanten 16 abgerundet sind.
  • In der Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels dargestellt, welches zwei Führungsnuten 18 aufweist. Mit den Führungsnuten 18 kann das Seil in eine Führungs- oder Umlenkeinrichtung passgenau eingreifen.
  • Die Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, welches über eine Umlenkrolle 20, welche auf einer Achse 22 gelagert ist, geführt wird. Das Seil weist, bezogen auf seinen Querschnitt, mehrere übereinander angeordnete Schichten 24a-d auf, wobei jede Schicht 24a-d mehrere Kohlenstoff enthaltende Filamente 10 umfasst. Die Schichten 24a-d weisen unterschiedliche Elastizitäten auf, wobei die Elastizität von der Schicht 24a, die an der der Umlenkrolle 20 abgewandten Seite des Seils gelegen ist, zu der Schicht 24d, die an der der Umlenkrolle 20 zugewandten Seite des Seils gelegen ist, stufenweise abnimmt.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Filament
    12
    Schlichte
    14
    Matrix
    16
    Rundkante
    18
    Führungsnut
    20
    Umlenkrolle
    22
    Achse einer Umlenkrolle
    24a-d
    Schicht
    B
    Breite
    H
    Höhe
    d
    Abstand

Claims (15)

  1. Seil, beispielsweise für die Verwendung in einem Seilaufzug, das Kohlenstoff enthaltende Filamente (10) umfasst, welche jeweils von einer Schlichte (12) ummantelt sind, wobei die von der Schlichte (12) ummantelten Filamente (10) von einer Matrix (14) umgeben sind, wobei die Matrix (14) aus einem wenigstens ein Elastomer und/oder wenigstens ein thermoplastisches Elastomer enthaltendem Material zusammengesetzt ist und wobei einzelne von der Schlichte (12) ummantelte Filamente (10) miteinander verdrillt oder als Gewebe ausgebildet sind.
  2. Seil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schlichte (12) wenigstens ein Material ausgewählt aus der aus Polyurethanen, thermoplastischen Elastomeren, Polyestern, Kautschuken, Kautschukderivaten und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorstehenden Verbindungen bestehenden Gruppe enthält.
  3. Seil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das wenigstens eine Elastomer aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken, Chloroprenkautschuken, Chlorsulfonyl-Polyethylen-Kautschuken, Ethylenvinylacetatkautschuken, Butylkautschuken, Acrylnitril-Butadien-Kautschuken, Naturkautschuk, Styrolbutadienkautschuken, Acrylkautschuken, Fluorkautschuken, Silikonkautschuken, Polyolefinkautschuken und beliebigen Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen besteht.
  4. Seil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das wenigstens eine thermoplastisches Elastomer aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Styrol-Blockcopolymeren, Styrol-Dien-Blockcopolymeren, Mischungen aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken sowie Polypropylen, thermoplastischen Elastomeren auf Urethanbasis, thermoplastischen Elastomeren auf Copolyesterbasis, thermoplastischen Elastomeren auf Copolyamidbasis und beliebigen Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen besteht.
  5. Seil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens 50 %, bevorzugt wenigstens 80 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 % und ganz besonders bevorzugt 100 % der von Schlichte (12) ummantelten Filamente (10) jeweils von dem Matrixmaterial vollständig umschlossen sind.
  6. Seil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die von der Schlichte (12) ummantelten Filamente (10) jeweils zu wenigstens 93 Gew.-%, bevorzugt zu wenigstens 95 Gew.-%, besonders bevorzugt zu wenigstens 98 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt vollständig aus Kohlenstoff bestehen.
  7. Seil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Seil zusätzlich Filamente enthält, welche aus der aus Glasfasern, Aramidfasern, Metallfasern, Keramikfasern und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorstehenden Fasern bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
  8. Seil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Fettanteil des Gewebes höher als dessen Schussanteil ist,
  9. Seil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Seil, bezogen auf den Querschnitt, mehrere übereinander angeordnete Schichten (24a-d) aufweist, wobei jede Schicht (24a-d) mehrere der Kohlenstoff enthaltenden Filamente (10) umfasst.
  10. Lastzugsystem, insbesondere Seilaufzug, welches ein Seil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
  11. Lastzugsystem nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dieses wenigstens eine Umlenkeinrichtung, vorzugsweise wenigstens eine Umlenkrolle (20), umfasst, über welche das Seil geführt wird.
  12. Lastzugsystem nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Seil eine Flachseite aufweist und mit der Flachseite auf der Oberfläche der Umlenkeinrichtung aufliegt.
  13. Lastzugsystem nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Seil, bezogen auf den Querschnitt, wenigstens zwei übereinander angeordnete Schichten (24a-d) jeweils unterschiedlicher Elastizität aufweist, wobei die der Umlenkeinrichtung abgewandte Schicht (24a,b,c) eine höhere Elastizität aufweist als die der Umlenkeinrichtung zugewandte Schicht (24b,c,d).
  14. Verwendung eines Seils nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Ziehen einer Last, wobei das Seil über wenigstens eine Umlenkeinrichtung, vorzugsweise wenigstens eine Umlenkrolle (20), geführt wird.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Seils nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem wenigstens zwei Kohlenstoff enthaltende Filamente (10) jeweils mit einer Schlichte (12) ummantelt werden, die von der Schlichte (12) ummantelten Filamente (10) entweder verdrillt oder als Gewebe ausgebildet werden und die von der Schlichte (12) ummantelten Filamente (10) mit einem wenigstens ein Elastomer und/oder wenigstens ein thermoplastisches Elastomer aufweisenden Matrixmaterial imprägniert werden.
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