EP3215671A1 - Seil aus textilem fasermaterial - Google Patents

Seil aus textilem fasermaterial

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EP3215671A1
EP3215671A1 EP15787576.6A EP15787576A EP3215671A1 EP 3215671 A1 EP3215671 A1 EP 3215671A1 EP 15787576 A EP15787576 A EP 15787576A EP 3215671 A1 EP3215671 A1 EP 3215671A1
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EP
European Patent Office
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rope
load
fiber material
strands
cable
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EP15787576.6A
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English (en)
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Rudolf Kirth
Björn ERNST
Erich RÜHRNÖSSL
Robert Traxl
Peter Baldinger
Gunter Kaiser
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Teufelberger Fiber Rope GmbH
Original Assignee
Teufelberger Fiber Rope GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a rope made of textile fiber material and its use.
  • Ropes made of textile fiber material for example synthetic fiber ropes, are used for numerous applications. Particularly in the field of conveyor technology, high-strength fiber ropes are already superior to the previously exclusively used or available steel ropes due to several advantages.
  • a high-strength fiber rope depending on the fiber material compared to a steel cable has a 4-6fach lighter weight, which has a favorable effect especially at high elevator heights.
  • higher permissible bending cycle numbers can be achieved by a multiple of high-strength fiber cables, resulting in a longer service life, ie lifetime, of the cable compared to steel cables.
  • the known elevator fiber ropes are designed in a variety of constructions, where they usually a sheathing of the strands and a
  • the sheathing is designed in such a way that it permanently withstands the loads during running over pulleys and in particular traction sheaves.
  • Such high-strength fiber ropes for use in traction sheave elevator drives are known, for example, from EP 0 672 781 B and EP 0 934 440 B.
  • Lifting applications in lifting technology do not use traction sheave drives but drum drives with multi-layered rope drums.
  • the drum drives have compared to themaschineibenantrieben on the additional benefit, the unused rope length stored in a controlled and orderly manner. This is not the case with the traction sheave drive, as in the elevator stechnik the complete rope length between the car and
  • Drum drives in lifting technology also have a significantly higher lifting potential than
  • winding pyramid For operation on a multi-layer wound drum drive, a controlled, trouble-free and stable drum winding ("winding pyramid") over all cable layers is of fundamental importance
  • Drum winding becomes a wrapping with no gaps ("blocking") between
  • winding jump without cutting the rope into the underlying winding layers and without rising of the rope on the flange outside the designated pitch zones understood
  • Drum winding is understood to mean a small deformation of the winding package under load during the period of operation.
  • Radial load deformed lower cable layers can support.
  • EP 0 995 832 B proposes, for use with drive pulleys and rope drums, a rope of aramid fibers consisting of at least two strand layers twisted to form the spiral rope, the individual layers of strands being separated from each other by an intermediate layer and the outer layer of strands being connected to the latter she adjacent inner stranded in stranded opposite direction of impact.
  • the strike length ratio of the recoil stranding is 1.5 to 1.8.
  • EP 1 004 700 B describes a synthetic fiber rope with several layers of strands, the strands of the outermost layer being surrounded by a coating for protection against abrasion and damaging environmental influences.
  • a high strength synthetic fiber rope which consists of at least one core component made of elastic plastic material and twisted high-strength plastic fibers surrounding the core, wherein the core is pre-stretched and core and fibers are impregnated with an abrasion-resistant plastic material.
  • EP 0 252 830 B1 describes a synthetic fiber rope which has a central radially elastic core. The rope is continuously impregnated to the inside of the yarns with a binder.
  • the invention has set itself the task of a rope of textile fiber material for
  • the rope should have a comparable life with steel ropes durability and capacity.
  • This object is achieved by a rope made of textile fiber material with the features specified in claim 1. Preferred embodiments are given in the subclaims.
  • Figure 1 shows a cross section of a preferred embodiment of the rope according to the invention.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a preferred embodiment of the cable according to the invention.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a further preferred embodiment of the cable according to the invention.
  • Figure 4 shows schematically an apparatus for determining the friction coefficient.
  • Rope applications with drum drive a rope made of textile fiber material with the feature combination described in claim 1 is outstandingly suitable.
  • rope of textile fiber material means that the essential
  • Components of the rope in particular its supporting elements of textile fiber material, such as. Strands of synthetic fibers.
  • the rope according to the invention can also be any suitable material, such as.
  • the entire rope is both load-bearing and non-load-bearing
  • the rope according to the invention is characterized by the combination of the following measures: a) the load-bearing fiber material of the rope consists of high-strength plastic fibers b) the rope is in the form of a spiral strand rope c) the rope has at least two, preferably at least three concentric load-bearing strand layers
  • the degree of filling of the rope on fiber material is> 75%, preferably> 85%
  • the outermost layer of the rope has a coefficient of friction ⁇ with respect to steel of ⁇ ⁇ 0.15.
  • the high-strength fiber rope described here has optimum conditions for a multi-layer winding of drums in cable drives, in particular for applications in which steel cables were previously used.
  • the rope according to the invention in addition to the optimum conditions for the multi-layer winding of drums meets all requirements for high bending fatigue strength and high breaking strength.
  • the load-bearing fiber material of the rope according to the invention consists of high-strength plastic fibers.
  • high strength is understood as meaning fibers having a tensile strength of at least 14 cN / dtex, preferably a tensile strength of more than 24 cN / dtex, more preferably greater than 30 cN / dtex Fibers (Dyneema®), aramid fibers, LCP fibers and PBO fibers, preferably the entire load-bearing
  • Fiber material of the rope made of UHMWPE fibers.
  • load-bearing fiber material is meant that part of the fiber material of the rope which contributes to absorbing the tensile forces occurring during the application of the rope. Measures b) and c)
  • the cable according to the invention is in the form of a Spirallitzenseiles.
  • the textile fiber material is placed into a strand, turned or braided. Several of these strands are twisted together in several layers to form a rope.
  • the strand layers can be made of different fiber materials in relation to each other, different diameters, different numbers of strands, different
  • the cable according to the invention has at least two, preferably at least three concentric load-bearing strand layers.
  • the respective outermost layer of strands preferably has the direction opposite to the direction of impact of the inner strand layers
  • load-bearing strand layers By “load-bearing strand layers” it is to be understood that the strand layers in their entirety contribute to the absorption of the tensile forces occurring during the application of the rope.
  • a strand layer contain strands that are not designed to be load-bearing on its own.
  • a strand even if it acts load-bearing, partially contain materials that do not load bearing.
  • the degree of filling of the rope of textile fiber material is> 75%, preferably> 85%. It has been shown that a high degree of filling of the rope to fiber material, that is a very dense arrangement of the fiber material, both in terms of solving the problems described above in the application as well as in terms of the life of the rope itself is important.
  • the degree of filling of the rope on textile fiber material is determined by the measuring method described in detail below. It comprises all load bearing as well as non load bearing textile elements of the rope, e.g. also a core of textile fiber material or a sheath of textile fiber material.
  • the rope according to the invention also has a low content of non-textile binding and impregnating agents. This proportion is 10% by weight or less, preferably 5% by weight or less, in each case based on the total mass of the rope.
  • the outermost layer of the rope according to the invention has a coefficient of friction ⁇ with respect to steel of ⁇ ⁇ 0.15.
  • the outermost layer of the rope is a jacket surrounding the rope or, if no jacket is provided, the outermost layer of strands.
  • the friction coefficient of the outermost layer to steel is determined according to the measurement method given below.
  • the rope is surrounded by a jacket, wherein as explained above, the jacket surrounding the rope a
  • the Spirallitzenseil invention is protected by the jacket from external influences such as abrasion, penetration of particles, ultraviolet radiation, etc.
  • This jacket can be made of textile fiber material, but also other materials and be wound, laid, braided or extruded.
  • the low coefficient of friction of the jacket ensures very good sliding properties in multi-layer winding.
  • the strand layers are coordinated so that the rope is substantially free of rotation under load.
  • the Litzenlagen the rope according to the invention in diameters, cross-sectional proportions and impact angles are coordinated so that the Litzencardmomente cancel each other under load and the Spirallitzenseil is torque-free in this way.
  • a further preferred embodiment of the rope according to the invention is characterized in that the ratio of the lay length of one of the strand layers to the lay length of the strand layer adjacent to the cable center is less than 1.5, preferably 0.7 to 1.0, particularly preferably 0.8 to 0, 9 amounts to.
  • Ratio of the lay length of at least one of the layers of strands to the lay length of the adjacent in the direction of the cable center strand layer is less than 1.5, preferably 0.7 to 1.0, particularly preferably 0.8 to 0.9. This applies in particular to the ratio of the lay length of the outermost layer of strands to the adjacent inner layer of strands. Particularly preferred is a structure of the rope with three layers of strands, in which the ratio of the lay length of the outermost layer of strands to the center strand layer is 1.0 or less. In this
  • the ratio of the lay length of the center strand layer to the innermost strand layer be 1.0 to 2.0.
  • the rope according to the invention has a high degree of filling of textile fiber material.
  • the high degree of filling can by the described construction of the rope as Spirallitzenseil and additionally by one or more of the following
  • the fiber material of the rope can be compacted, for example by rolling, rolling, hammering.
  • the fiber material of the rope may preferably be stretched by more than 15% of its breaking strength, more preferably by 35% to 55% of its breaking force.
  • the fiber material of the rope can be subjected to a heat treatment in which the fiber material is heated to a defined temperature for a defined period of time and finally cooled in a defined manner. This process can also be performed several times.
  • the load-bearing strands of the rope are each provided individually with a sheath.
  • the yarns forming the strand can also be surrounded individually or in groups with an enveloping layer.
  • This strand-enveloping layer may be, for example, a
  • Winding, a braid, a clutch or an extruded layer and protects the strands against the stress during operation of the rope.
  • the friction coefficients between fibers and strands as well as Spirallitzenseil and protective jacket can be selectively adjusted by targeted addition of excipients on bitumen-based and / or silicone-based in the production of high-strength fiber rope and the stability against the stress during operation of the rope can be further increased.
  • Another aspect of the present invention relates to the use of the
  • the cable according to the invention as a load rope for applications with drum drive.
  • the rope according to the invention is outstandingly suitable as a hoisting rope, adjusting cable or traction cable.
  • the rope according to the invention may have a diameter of 6 mm to 200 mm and more.
  • the determination of the rope diameter d is carried out in the de-energized state at three 100 mm apart from each other diameters in each case two perpendicular to each other (90 °) standing directions. If the cable cross-section is not circular, determine the maximum and minimum diameters in each section. The cable cross section must not be subjected to any deformation during the measurement.
  • the rope diameter d shall be determined and used as the arithmetic mean of the six measured values to a minimum of 0.01 mm.
  • the density p of the textile rope material is set at 1.4 g / cm 3 for the purposes of the present invention.
  • the rope is pulled over a standing metal disc with a flat surface (no scoring). Due to the friction of the rope to be tested, the disc is taken more or less strongly.
  • the disc is fixed, a load cell measures the force passing through the entrainment is caused by the rope to be tested.
  • the measuring device is shown schematically in Fig. 4.
  • the surface of the disc must be flat (no scoring) and may have a maximum average surface roughness of R A ⁇ 0.2 ⁇ .
  • the surface of the glass should be cleaned with alcohol.
  • the rope is clamped on the tension side.
  • the rope is loaded with constant load M on the load side.
  • the rope must rest on the center of the disc.
  • the measuring device is tared to 0.
  • the constant tensile load S2 occurring during the pulling process must be measured with an accuracy of + 3%.
  • FIG. 1 shows a cross-section of a preferred embodiment of the cable 1 according to the invention.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the cable 1.
  • the rope 1 contains a core 2 of preferably textile fiber material.
  • a core 2 of preferably textile fiber material.
  • three concentric Litzenlagen 3, 4 and 5 are provided, each consisting of several strands and are stranded together in the form of a Spirallitzenseiles.
  • the innermost strand layer 3 consists of 5 strands, of which two strands are denoted by the reference numerals 7 and 8 in the figure.
  • the middle strand layer 4 consists of 12 strands, of which in the figures two strands with the
  • the outermost strand layer 5 consists of 19 strands, of which two strands are denoted by the reference numerals 11 and 12 in the figures.
  • the fiber material of the strands consists essentially of high strength plastic fibers, e.g. UHMWPE fibers, aramid fibers, LCP fibers or PBO fibers.
  • a jacket 6 is provided in the illustrated embodiment. But it can also represent the outermost strand layer 5, the outermost layer of the rope.
  • the jacket 6 has a coefficient of friction ⁇ with respect to steel of ⁇ ⁇ 0.15 and is preferably made of textile fiber material, e.g. UHMWPE manufactured. If no sheath 6 is provided, then the fiber material of the outermost strand layer 5 has a correspondingly low coefficient of friction ⁇ .
  • all the strands 7, 8, 9, 10, 11, 12 and also the core 2 are provided with a sheath, which is indicated in FIGS. 2 and 3 for a strand with the reference number 13.
  • the strand layers 3, 4 and 5 are movable against each other and also relative to the core 2 and the sheath 6. Likewise, the individual strands 7, 8, 9, 10, 11, 12 are mutually movable.
  • the outermost strand layer 5 and the middle strand layer 4 are stranded with one another in the opposite direction of impact.
  • the degree of filling of the rope of textile fiber material is 85% (not apparent from the schematic representations of the figures).
  • the ratio of the lay lengths of the individual layers of strands to each other is not shown in the figures, but is in particular in the case of the outermost layer of strands (5) to the middle strand layer (4) preferably 1.0 or less.
  • FIG. 3 shows the perspective view of a cable 1 with an otherwise analogous construction to the cable 1 shown in FIGS. 1 and 2, only two strand layers 3 and 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Seil (1) aus textilem Fasermaterial, welches durch die Kombination der Maßnahmen gekennzeichnet ist, dass a) das lasttragende Fasermaterial des Seiles (1) aus hochfesten Kunststofffasern besteht b) das Seil (1) in Form eines Spirallitzenseiles vorliegt c) das Seil (1) mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei konzentrische lasttragende Litzenlagen (3, 4, 5) aufweist d) die einzelnen Litzen (7, 8, 9, 10, 11, 12) der Litzenlagen (3, 4, 5) gegeneinander bewegbar sind, e) der Füllungsgrad des Seiles (1) an textilem Fasermaterial ≥ 75%, bevorzugt ≥ 85% beträgt und f) die äußerste Schicht (5, 6) des Seiles einen Reibungskoeffizient μ gegenüber Stahl von μ < 0,15 aufweist.

Description

Seil aus textilem Fasermaterial
Die Erfindung betrifft ein Seil aus textilem Fasermaterial sowie dessen Verwendung.
Seile aus textilem Fasermaterial, zum Beispiel Kunstfaserseile, werden für zahlreiche Anwendungen eingesetzt. Besonders auf dem Gebiet der Fördertechnik sind hochfeste Faserseile den früher ausschließlich verwendeten bzw. verfügbaren Stahlseilen mittlerweile bereits aufgrund mehrerer Vorteile überlegen.
In der Aufzugstechnik, wo der Antrieb über Treibscheiben erfolgt, liegen die Vorteile des hochfesten Faserseiles darin, dass die Antriebe mit einem kleineren Verhältnis von
Treibscheibendurchmesser zu Seildurchmesser als bei Stahlseilen arbeiten können, da die Faserseile dies anders als Stahlseile ohne große Nachteile, wie zum Beispiel
Lebensdauerverlust, zulassen. Hieraus resultiert die Möglichkeit, kleinere Baugrößen der Treibscheibenantriebe einzusetzen, was zu Platz- und Kostenersparnis führt.
Außerdem besitzt ein hochfestes Faserseil je nach Faserwerkstoff gegenüber einem Stahlseil ein 4-6fach leichteres Gewicht, was sich insbesondere bei großen Aufzugshöhen günstig auswirkt. Durch geeignete Maßnahmen können zudem bei hochfesten Faserseilen um ein Vielfaches höhere zulässige Biegewechselzahlen erreicht werden, woraus eine längere Einsatzzeit, also Lebensdauer, des Seiles im Vergleich zu Stahlseilen resultiert.
Für die Aufzugstechnik wurde die Entwicklung dieser Seile speziell auf einen optimalen Treibscheibenantrieb mit möglichst hohem Reibungskoeffizienten zwischen Treibscheibe und Hubseil ausgerichtet. Die bekannten Aufzugfaserseile sind in unterschiedlichsten Konstruktionen ausgeführt, wobei sie meist eine Ummantelung der Litzen und eine
Kunststoffummantelung des kompletten Seiles aufweisen. Die Ummantelung ist in ihrer Festigkeit so ausgelegt, dass diese den Belastungen beim Lauf über Seilrollen und insbesondere Treibscheiben dauerhaft Stand hält.
Derartige hochfeste Faserseile für den Einsatz bei Treibscheiben-Aufzugsantrieben sind beispielsweise aus der EP 0 672 781 B und der EP 0 934 440 B bekannt.
Bei Hubanwendungen in der Hebetechnik, zum Beispiel Turmdrehkrane, Mobilkrane, Raupenkrane etc., kommen keine Treibscheibenantriebe sondern Trommelantriebe mit mehrlagig bewickelten Seiltrommeln zum Einsatz. Die Trommelantriebe verfügen gegenüber den Treib Scheibenantrieben über den Zusatznutzen, die nicht benötigte Seillänge kontrolliert und geordnet speichern zu können. Dies ist beim Treibscheibenantrieb nicht der Fall, da in der Aufzug stechnik die komplette Seillänge zwischen Fahrkorb und
Gegengewicht genutzt wird und somit keine Speicherfunktion nötig ist. Trommelantriebe in der Hebetechnik verfügen zudem über ein signifikant höheres Hubpotential als
Treib Scheibenantriebe .
Für den Betrieb auf einem mehrlagig bewickelten Trommelantrieb ist eine kontrolliert aufgebaute, störungsfreie und stabile Trommelbewicklung („Wickelpyramide") über sämtliche Seillagen von grundlegender Bedeutung. Unter störungsfreier
Trommelbewicklung wird eine Bewicklung ohne Lücken („Sperrung") zwischen
benachbarten Seilwindungen derselben Wickellage („Wickelsprung"), ohne Einschneiden des Seiles in die darunter liegenden Wickellagen und ohne Aufsteigen des Seiles am Flansch außerhalb der dafür vorgesehenen Steigungszonen verstanden. Unter stabiler
Trommelbewicklung wird eine geringe Verformung des Wickelpakets unter Last während der Dauer des Betriebs verstanden.
Für eine Mehrlagenwicklung auf Trommeln sind Seile der für den Treibscheibenantrieb bekannten Machart und Ausführung jedoch nicht geeignet, da durch die Wicklung in kurzer Zeit ein Seilschaden auftritt. Dabei kommt es in der Mehrlagenwicklung zu starken
Querschnittsverformungen des auf der Trommel abgelegten Seiles, wenn es durch darüber unter Last abgelegte Lagen zusätzlich zur Längsbelastung auch radial belastet wird. Diese Querschnittsverformungen führen zu einem signifikant erhöhten Materialverschleiß und zu Störungen im Wickelbild, da sich die oberen Seillagen nicht geordnet auf den unter
Radiallast deformierten unteren Seillagen abstützen können.
Außerdem wirkt sich bei Faserseilen der für Treibscheibenantriebe notwendige hohe Reibungskoeffizient der Seiloberfläche in der Mehrlagenwicklung zusätzlich negativ aus, da in der Mehrlagenwicklung Seil über Seil gewickelt wird und bei Änderungen der
Seilzugkraft, d.h. beim Aufnehmen oder Absetzen von Last, Seil auf Seil gleitet. Durch die hohe Reibung und die Belastung durch Mehrlagenwicklung bricht und löst sich die
Ummantelung des Seiles sehr schnell und das Seil muss abgelegt werden.
Die EP 0 995 832 B schlägt zur Verwendung für Antrieb Scheiben und Seiltrommeln ein Seil aus Aramidfasern vor, das aus mindestens zwei Litzenlagen besteht, die zum Spiralseil verdreht sind, wobei die einzelnen Litzenlagen voneinander durch eine Zwischenschicht getrennt sind und die äußere Litzenlage mit der an sie angrenzenden inneren Litzenlage in entgegengesetzter Schlagrichtung verseilt ist. Das Schlaglängenverhältnis der Gegenschlagverseilung beträgt 1,5 bis 1,8.
Gemäß EP 1 010 803 B werden die verschiedenen Litzenlagen eines Kunstfaserseils so aufeinander abgestimmt, dass sich ihre zueinander entgegengesetzt gerichteten
Drehmomente gegenseitig aufheben.
Aus der EP 1 930 497 B ist ein Kunstfaserseil bekannt, das mit einem zweischichtigen, verschiedenfarbigen Seilmantel ausgestattet ist, so dass der Verschleiß grad des Seiles optisch überprüft werden kann.
Die EP 1 004 700 B beschreibt ein Kunstfaserseil mit mehreren Litzenlagen, wobei die Litzen der äußersten Lage mit einer Beschichtung zum Schutz gegen Abrieb und schädigende Umwelteinflüsse umgeben ist.
In der US 4,022,010 wird ein hochfestes Kunstfaserseil beschrieben, das aus mindestens einer Kernkomponente aus elastischem Kunststoffmaterial sowie den Kern umhüllenden verdrehten hochfesten Kunststofffasern besteht, wobei der Kern vorverstreckt ist und Kern und Fasern mit einem abriebfesten Kunststoffmaterial imprägniert sind.
Die EP 0 252 830 Bl beschreibt ein Kunstfaserseil, welches eine zentrale radial-elastische Seele besitzt. Das Seil ist durchgehend bis ins Innere der Garne mit einem Bindemittel imprägniert.
Weiterer Stand der Technik ist aus den Dokumenten DE 202011001846 Ul, DE
202001001845 Ul, DE 20 2010006145 Ul, WO 2009/026730 AI, DE 202010005730 Ul, EP 0 731 209 AI, EP 1 930 496 A2, GB 2 152 088 A, DE 2 853 661 C2, EP 1 111 125 AI, EP 1 461 490 AI, EP 1 657 210 AI, EP 1 930 497 AI, EP 1 371 597 AI, EP 0 117 122 AI, WO 2012/146380 A2, US 4,095,404 A, US 2003/226347 AI, US 2006/086415 AI, US 7,908,955 Bl, US 2012/160082 AI, WO 2005/019525 AI, JP H01266289 A, DE 10 2009056068 AI, US 2012/260620 AI und WO 2008/129116 AI bekannt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Seil aus textilem Fasermaterial für
Hebeanwendungen bereitzustellen, das mit Trommelantrieben eingesetzt werden kann und die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll das Seil eine mit Stahlseilen vergleichbare Lebensdauer und Tragfähigkeit aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Seil aus textilem Fasermaterial mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Seils.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Seiles.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Seiles.
Figur 4 zeigt schematisch eine Apparatur zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wurde gefunden, dass zur Lösung der eingangs beschriebenen Probleme bei
Seilanwendungen mit Trommelantrieb ein Seil aus textilem Fasermaterial mit der in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalskombination hervorragend geeignet ist.
Der Begriff„Seil aus textilem Fasermaterial" bedeutet dabei, dass die wesentlichen
Bestandteile des Seiles, insbesondere seine tragenden Elemente aus textilem Fasermaterial, wie z.B. Litzen aus Kunstfasern, bestehen. Das erfindungsgemäße Seil kann auch
Bestandteile aus anderen Materialien aufweisen, wie z.B. einen Kern aus nichttextilem Material, einen Mantel aus nichttextilem Material, das Seil oder Seilbestandteile
imprägnierende Materialien oder auch einzelne nicht-textile Litzen mit spezieller Funktion, z.B. zur Übertragung elektrischer Signale.
Bevorzugt besteht das gesamte Seil, sowohl was tragende als auch nicht-tragende
Bestandteile betrifft, aus textilem Fasermaterial.
Das erfindungsgemäße Seil ist durch die Kombination der folgenden Maßnahmen gekennzeichnet: a) das lasttragende Fasermaterial des Seiles besteht aus hochfesten Kunststofffasern b) das Seil liegt in Form eines Spirallitzenseiles vor c) das Seil weist mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei konzentrische lasttragende Litzenlagen auf
d) die einzelnen Litzen der Litzenlagen sind gegeneinander bewegbar
e) der Füllungsgrad des Seiles an Fasermaterial beträgt > 75%, bevorzugt > 85%
f) die äußerste Schicht des Seiles weist einen Reibungskoeffizient μ gegenüber Stahl von μ < 0,15 auf.
Es hat sich gezeigt, dass Seile mit dieser Kombination an Maßnahmen eine sehr gute Beständigkeit gegenüber den Anforderungen insbesondere in Anwendungen mit
Trommelantrieb aufweisen.
Das hier beschriebene hochfeste Faserseil verfügt über optimale Voraussetzungen für eine mehrlagige Bewicklung von Trommeln in Seiltrieben, insbesondere für Anwendungen, in denen bisher Stahlseile verwendet wurden. Zudem erfüllt das erfindungsgemäße Seil neben den optimalen Voraussetzungen für die mehrlagige Bewicklung von Trommeln sämtliche Anforderungen an hohe Biegewechselfestigkeit und hohe Bruchkraft.
Vergleichstests mit handelsüblichen Stahlseilen unter identen Bedingungen (wie z.B. auf dem Prüfstand nach Veröffentlichungs-Nr.: WO 2012/146 380) haben gezeigt, dass das erfindungsgemäße Seil im Vergleich zum Stahlseil und anderen üblichen Faserseilen über eine signifikant höhere Seillebensdauer verfügt.
Zu den einzelnen Maßnahmen:
Maßnahme a)
Das lasttragende Fasermaterial des erfindungsgemäßen Seiles besteht aus hochfesten Kunststofffasern. Als„hochfest" werden für die Zwecke der vorliegenden Erfindung Fasern mit einer Zugfestigkeit von mindestens 14 cN/dtex, bevorzugt einer Zugfestigkeit größer 24 cN/dtex, besonders bevorzugt größer 30 cN/dtex, verstanden. Als hochfeste Faserntypen mit entsprechenden Zugfestigkeiten sind z.B. UHMWPE-Fasern (Dyneema®), Aramidfasern, LCP-Fasern und PBO-Fasern bekannt. Bevorzugt besteht das gesamte lasttragende
Fasermaterial des Seiles aus UHMWPE-Fasern.
Unter„lasttragendem Fasermaterial" ist jener Teil des Fasermaterials des Seiles zu verstehen, der zur Aufnahme der bei der Anwendung des Seiles auftretenden Zugkräfte beiträgt. Maßnahmen b) und c)
Das erfindungsgemäße Seil liegt in Form eines Spirallitzenseiles vor. Dabei wird zunächst das textile Fasermaterial zu einer Litze gelegt, gedreht oder verflochten. Mehrere dieser Litzen werden in mehreren Lagen miteinander zu einem Seil verdreht. Die Litzenlagen können im Verhältnis zueinander aus unterschiedlichen Fasermaterialien bestehen, unterschiedliche Durchmesser, unterschiedliche Litzenanzahlen, unterschiedliche
Schlagrichtungen sowie unterschiedliche Schlagwinkel aufweisen. Auch innerhalb der einzelnen Litzenlagen können unterschiedliche Fasermaterialien und Litzen mit
unterschiedlichem Durchmesser vorgesehen sein.
Insbesondere weist das erfindungsgemäße Seil mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei konzentrische lasttragende Litzenlagen auf. Bevorzugt weist dabei die jeweils äußerste Litzenlage die zur Schlagrichtung der innenliegenden Litzenlagen entgegengesetzte
Schlagrichtung auf.
Unter„lasttragende Litzenlagen" ist zu verstehen, dass die Litzenlagen in ihrer Gesamtheit zur Aufnahme der bei der Anwendung des Seiles auftretenden Zugkräfte beitragen.
Selbstverständlich kann eine Litzenlage Litzen enthalten, die für sich allein besehen nicht lasttragend ausgestaltet sind. Ebenso kann eine Litze, selbst wenn sie lasttragend wirkt, teilweise Materialien enthalten, die nicht lasttragend wirken.
Maßnahme d)
Die einzelnen Litzen der Litzenlagen sind gegeneinander bewegbar. Aus dem Stand der Technik für Seile in Treib Scheibenanwendungen ist bekannt (z.B. EP 0 995 832), die Räume zwischen den Litzen und Litzenlagen mit einem elastisch verformbaren Zwischenmaterial aufzufüllen. Dadurch sind die einzelnen Litzen bzw. Litzenlagen gegeneinander nicht bewegbar. Es wurde gefunden, dass diese Anordnung insbesondere für Anwendungen mit Trommelantrieb nachteilig ist und eine gegenseitige Bewegbarkeit der Litzen bzw.
Litzenlagen gegeneinander die Beständigkeit des Seiles erhöht.
Maßnahme e)
Der Füllungsgrad des Seiles an textilem Fasermaterial beträgt > 75%, bevorzugt > 85%. Es hat sich gezeigt, dass ein hoher Füllungsgrad des Seiles an Fasermaterial, das heißt eine sehr dichte Anordnung des Fasermaterials, sowohl hinsichtlich der Lösung der oben beschriebenen Probleme in der Anwendung als auch hinsichtlich der Lebensdauer des Seiles an sich wichtig ist.
Der Füllungsgrad des Seiles an textilem Fasermaterial wird mit der nachfolgend im Detail beschriebenen Messmethode ermittelt. Er umfasst sämtliche lasttragende als auch nicht lastttragende textile Elemente des Seiles, so z.B. auch einen Kern aus textilem Fasermaterial oder einen Mantel aus textilem Fasermaterial.
Herkömmliche Faserseile weisen einen Füllungsgrad an textilem Fasermaterial von bis zu 60% auf. Insbesondere durch die hier beschriebene Konstruktion des Seiles als
Spirallitzenseil und weitere, im Folgenden beschriebene Maßnahmen, können beim erfindungsgemäßen Seil sehr hohe Füllungsgrade von 75% und mehr bzw. sogar 85% und mehr erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Seil weist zudem einen geringen Anteil an nicht-textilen Binde- und Imprägniermitteln auf. Dieser Anteil liegt bei 10 Gew.% oder weniger, bevorzugt 5 Gew.% oder weniger, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des Seiles.
Maßnahme f)
Die äußerste Schicht des erfindungsgemäßen Seiles weist einen Reibungskoeffizient μ gegenüber Stahl von μ < 0,15 auf.
Bei Seilen für Anwendungen mit Treibscheibenantrieb ist bekannt, dass die äußerste Schicht des Seiles (insbesondere ein Mantel) einen hohen Reibungskoeffizienten aufweist, um den entsprechenden Kraftschluss mit dem Antriebsrad zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass für Anwendungen insbesondere mit Trommelantrieb ein geringer Reibungskoeffizient der äußersten Schicht des Seiles gegenüber Stahl günstig ist. Als äußerste Schicht des Seiles ist ein das Seil umgebender Mantel oder, wenn kein Mantel vorgesehen ist, die äußerste Litzenlage anzusehen.
Der Reibungskoeffizient der äußersten Schicht gegenüber Stahl wird gemäß der unten angegebenen Messmethode ermittelt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Seil von einem Mantel umgeben, wobei wie oben erläutert der das Seil umgebende Mantel einen
Reibungskoeffizient μ gegenüber Stahl von μ < 0,15 aufweist.
Das erfindungsgemäße Spirallitzenseil wird durch den Mantel vor externen Einflüssen wie Abrasion, Eindringen von Partikeln, Ultraviolettstrahlung etc. geschützt.
Dieser Mantel kann aus textilem Fasermaterial, aber auch anderen Materialien bestehen und gewickelt, gelegt, geflochten oder extrudiert sein. Der niedrige Reibungskoeffizient des Mantels sorgt für sehr gute Gleiteigenschaften in der Mehrlagen wicklung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Seiles sind die Litzenlagen so aufeinander abgestimmt, dass das Seil unter Last im Wesentlichen drehungsfrei ist.
Gemäß Feyrer, Drahtseile. Bemessung, Betrieb, Sicherheit. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2000, S. 115, gilt ein Seil als drehungsfrei, wenn während der Zugbelastung von S/d2 = 0 N/mm2 bis S/d2 = 150 N/mm2 der Verdreh winkel je Seillänge kleiner bleibt als < +360 1000d.
Die Stabilität des Seiles gegenüber einem Verdrehen im Betrieb ist wichtig. Auf Grund der Helixform der Litzen im Seil, die aus dem Schlagprozess herrührt, entwickelt jede
Litzenlage unter Zugbelastung ein Drehmoment. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Litzenlagen des erfindungsgemäßen Seiles in Durchmessern, Querschnittsanteilen und Schlagwinkeln so aufeinander abgestimmt, dass sich die Litzendrehmomente unter Last gegenseitig aufheben und das Spirallitzenseil auf diese Weise drehmomentenfrei wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Seiles ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Schlaglänge einer der Litzenlagen zur Schlaglänge der in Richtung Seilmitte benachbarten Litzenlage weniger als 1,5, bevorzugt 0,7 bis 1,0, besonders bevorzugt 0,8 bis 0,9 beträgt.
Aus dem Stand der Technik von Faserseilen für Anwendungen mit Treibscheibenantrieb ist bekannt (z.B. EP 0 995 832), die Schlaglänge einer Litzenlage jeweils deutlich größer, insbesondere in einem Verhältnis von 1,5 oder mehr, zur Schlaglänge der darunterliegenden Litzenlage vorzusehen. Demgegenüber wurde erfindungs gemäß gefunden, dass es vorteilhaft ist, wenn das
Verhältnis der Schlaglänge zumindest einer der Litzenlagen zur Schlaglänge der in Richtung Seilmitte benachbarten Litzenlage weniger als 1,5, bevorzugt 0,7 bis 1,0, besonders bevorzugt 0,8 bis 0,9 beträgt. Dies gilt insbesondere für das Verhältnis der Schlaglänge der äußersten Litzenlage zur benachbarten inneren Litzenlage. Besonders bevorzugt ist ein Aufbau des Seiles mit drei Litzenlagen, bei denen das Verhältnis der Schlaglänge der äußersten Litzenlage zur mittleren Litzenlage 1,0 oder weniger beträgt. In dieser
Ausführungsform kann das Verhältnis der Schlaglänge der mittleren Litzenlage zur innersten Litzenlage 1,0 bis 2,0 betragen.
Wie oben dargestellt, weist das erfindungsgemäße Seil einen hohen Füllungsgrad an textilem Fasermaterial auf. Der hohe Füllungsgrad kann durch die beschriebene Konstruktion des Seiles als Spirallitzenseil sowie zusätzlich durch eine oder mehrere der folgenden
Maßnahmen erreicht werden:
Das Fasermaterial des Seiles kann kompaktiert sein, und zwar beispielsweise durch Walzen, Rollen, Hämmern.
Das Fasermaterial des Seiles kann bevorzugt um mehr als 15% seiner Bruchkraft, besonders bevorzugt um 35% bis 55% seiner Bruchkraft, verstreckt sein.
Das Fasermaterial des Seiles kann einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden, bei der das Fasermaterial für eine definierte Zeitdauer auf eine definierte Temperatur erwärmt und abschließend definiert abgekühlt wird. Dieser Vorgang kann auch mehrmals durchgeführt werden.
In allen drei beschriebenen Varianten (die einzeln oder in Kombination zur Anwendung kommen können) können die beschriebenen Maßnahmen jeweils am gesamten fertigen Seil (mit oder ohne Mantel), an den einzelnen Litzen des Seiles und/oder auch an den die Litzen aufbauenden Materialien, wie Garne bzw. Zwirne erfolgen.
Durch die beschriebenen Maßnahmen werden später im Betrieb auftretende Setzungseffekte vorweggenommen und insbesondere der Füllungsgrad signifikant erhöht, da sich die Fasern optimal aneinander anlegen und beim Verseilen unvermeidlich entstehende Hohlräume eliminiert werden. Weiterhin wird die tatsächliche Bruchkraft signifikant erhöht, da Längen- und Traglastunterschiede zwischen einzelnen Litzen und Fasern homogenisiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die lasttragenden Litzen des Seiles jeweils einzeln mit einer Umhüllung versehen. Die die Litze aufbauenden Garne können ebenfalls einzeln oder gruppenweise mit einer umhüllenden Schicht umgeben sein. Diese litzenumhüllende Schicht kann beispielsweise einer
Wickelung, einem Geflecht, einem Gelege oder einer extrudierten Schicht bestehen und schützt die Litzen vor der Beanspruchung im Betrieb des Seiles.
Weiters können durch gezielte Zugabe von Hilfsstoffen auf beispielsweise Bitumenbasis und/oder Silikonbasis bei der Herstellung des hochfesten Faserseiles die Reibungsbeiwerte zwischen Fasern und Litzen sowie Spirallitzenseil und Schutzmantel gezielt eingestellt und die Stabilität gegenüber der Beanspruchung im Betrieb des Seiles weiter erhöht werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des
erfindungsgemäßen Seiles als Lastseil für Anwendungen mit Trommelantrieb. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Seil hervorragend als Hubseil, Verstellseil oder Zugseil.
Das erfindungsgemäße Seil kann einen Durchmesser von 6 mm bis 200 mm und mehr aufweisen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert.
Messmethoden
FÜLLUNGSGRAD
Vor der Bestimmung des Füllungsgrades sind zu bestimmen:
• der tatsächliche Seildurchmesser d
• das tatsächliche Seilgewicht m an textilem Fasermaterial
Seildurchmesser
Die Bestimmung des Seildurchmessers d erfolgt im spannungslosen Zustand an drei jeweils 100 mm voneinander entfernten Durchmesserebenen in jeweils zwei aufeinander senkrecht (90°) stehenden Richtungen. Wenn der Seilquerschnitt nicht kreisförmig ist, sind der maximale und minimale Durchmesser in jedem Abschnitt zu bestimmen. Der Seilquerschnitt darf bei der Messung keiner Verformung ausgesetzt werden.
Der Seildurchmesser d ist als arithmetisches Mittel aus den sechs Messwerten auf mindestens 0,01 mm genau zu bestimmen und zu verwenden.
Seil gewicht m
Die Bestimmung des Seilgewichtes m ist nach ISO 2307:2010, 9.8„Feinheit /lineare Masse" durchzuführen und zu verwenden.
Für die Bezugs Spannung (ISO 2307:2010 Anhang A) ist stets der nächstgrößere
Nenndurchmesser der Tabelle zu verwenden.
Die Konditionierung nach ISO 2307:2010, 8 muss erfüllt sein.
Eventuell vorhandene nicht-textile Bestandteile sind zu entfernen.
Dichte p
Die Dichte p des textilen Seilmateriales wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung mit 1,4 g/cm3 festgelegt.
Der Füllungsgrad ist zu bestimmen wie folgt: f = { m l [(π * d2/4) * l,4g/cm3] } * 100 mit f = Füllung sgrad in %
m = spezifisches Seilgewicht der textilen Bestandteile in g/m bestimmt nach ISO 2307:2010, 9.8
d = Seildurchmesser in mm
REIBUNGSKOEFFIZIENT
Messeinrichtung:
Das Seil wird über eine stehende Metallscheibe mit ebener Oberfläche (keine Rillung) gezogen. Durch die Reibung des zu prüfenden Seiles wird die Scheibe mehr oder weniger stark mitgenommen. Die Scheibe ist fixiert, eine Wägezelle misst die Kraft, welche durch die Mitnahme durch das zu prüfende Seil verursacht wird. Die Messeinrichtung ist in Abb. 4 schematisch dargestellt.
Die Oberfläche der Scheibe muss eben ausgeführt sein (keine Rillung) und darf eine maximale mittlere Oberflächenrauheit von RA < 0,2 μιη aufweisen.
Messverfahren
Vor jeder Prüfung ist die Scheibenoberfläche mit Alkohol zu reinigen.
Das Seil wird auf der Zugseite eingespannt.
Das Seil wird mit konstanter Last M auf der Lastseite belastet.
Das Seil muss mittig auf der Scheibe aufliegen.
Die Messeinrichtung wird auf 0 tariert.
Das Seil wird mit konstanter Geschwindigkeit v = 0,05 m/s auf der Zugseite abgezogen. Die sich während des Zugvorganges einstellende konstante Zugbelastung S2 ist mit einer Genauigkeit von +3% zu messen.
Reibungskoeffizient
Der Reibungskoeffizient ist zu bestimmen wie folgt: μ = [1η ( 82 / 81 )] * ( 1 / α ) mit μ = Reibungskoeffizient
In = natürlicher Logarithmus mit Basis e
S2 = Seilzugkraft auf Zugseite
Sl = Seilzugkraft auf Gewichts seite
α = Umschlingung s winkel des Seiles auf der Scheibe im Bogenmaß DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Seiles 1. Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Seiles 1.
Das Seil 1 enthält einen Kern 2 aus bevorzugt textilem Fasermaterial. Um den Kern 2 sind drei konzentrische Litzenlagen 3, 4 und 5 vorgesehen, die jeweils aus mehreren Litzen bestehen und in Form eines Spirallitzenseiles miteinander verseilt sind. In der gezeigten Ausführungsform besteht die innerste Litzenlage 3 aus 5 Litzen, von denen in der Figur zwei Litzen mit den Bezugsziffern 7 und 8 bezeichnet sind. Die mittlere Litzenlage 4 besteht aus 12 Litzen, von denen in den Figuren zwei Litzen mit den
Bezugsziffern 9 und 10 bezeichnet sind. Die äußerste Litzenlage 5 besteht aus 19 Litzen, von denen in den Figuren zwei Litzen mit den Bezugsziffern 11 und 12 bezeichnet sind.
Das Fasermaterial der Litzen besteht im Wesentlichen aus hochfesten Kunststofffasern, wie z.B. UHMWPE-Fasern, Aramidfasern, LCP-Fasern oder PBO-Fasern.
Um die äußerste Litzenlage 5 ist in der dargestellten Ausführungsform ein Mantel 6 vorgesehen. Es kann aber auch die äußerste Litzenlage 5 die äußerste Schicht des Seiles darstellen. Der Mantel 6 weist einen Reibungskoeffizienten μ gegenüber Stahl von μ < 0,15 auf und ist aus bevorzugt textilem Fasermaterial, z.B. UHMWPE hergestellt. Ist kein Mantel 6 vorgesehen, so weist das Fasermaterial der äußersten Litzenlage 5 einen entsprechend geringen Reibungskoeffizienten μ auf.
In der dargestellten Ausführungsform sind sämtliche Litzen 7, 8, 9, 10, 11, 12 sowie auch der Kern 2 mit einer Umhüllung versehen, die in den Figuren 2 und 3 für eine Litze mit der Bezugsziffer 13 angedeutet ist.
Die Litzenlagen 3, 4 und 5 sind gegeneinander sowie auch gegenüber dem Kern 2 und dem Mantel 6 bewegbar. Ebenso sind die einzelnen Litzen 7, 8, 9, 10, 11, 12 gegeneinander bewegbar.
Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich, sind insbesondere die äußerste Litzenlage 5 und die mittlere Litzenlage 4 miteinander in entgegengesetzter Schlagrichtung verseilt.
Der Füllungsgrad des Seiles an textilem Fasermaterial beträgt 85% (aus den schematischen Darstellungen der Figuren nicht ersichtlich).
Das Verhältnis der Schlaglängen der einzelnen Litzenlagen zueinander ist in den Figuren nicht dargestellt, beträgt aber insbesondere im Falle der äußersten Litzenlage (5) zur mittleren Litzenlage (4) bevorzugt 1,0 oder weniger.
Figur 3 zeigt die perspektivische Ansicht eines Seiles 1 mit bei ansonst analogem Aufbau zum in den Figuren 1 und 2 dargestellten Seil 1 lediglich zwei Litzenlagen 3 und 4.

Claims

Ansprüche:
1. Seil (1) aus textilem Fasermaterial, gekennzeichnet durch die Kombination der Maßnahmen, dass a) das lasttragende Fasermaterial des Seiles (1) aus hochfesten Kunststofffasern besteht
b) das Seil (1) in Form eines Spirallitzenseiles vorliegt
c) das Seil (1) mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei konzentrische lasttragende Litzenlagen (3,4,5) aufweist
d) die einzelnen Litzen (7,8,9,10,11,12) der Litzenlagen (3,4,5) gegeneinander bewegbar sind
e) der Füllungsgrad des Seiles (1) an textilem Fasermaterial > 75%, bevorzugt > 85% beträgt
f) die äußerste Schicht (5,6) des Seiles einen Reibungskoeffizient μ gegenüber Stahl von μ < 0,15 aufweist.
2. Seil (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil (1) von einem Mantel (6) umgeben ist, wobei der Mantel (6) einen Reibungskoeffizient μ gegenüber Stahl von μ < 0,15 aufweist.
3. Seil (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzenlagen (3,4,5) so aufeinander abgestimmt sind, dass das Seil (1) unter Last im wesentlichen drehungsfrei ist.
4. Seil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Schlaglänge einer der Litzenlagen (5) zur Schlaglänge der in Richtung Seilmitte benachbarten Litzenlage (4) weniger als 1,5, bevorzugt 0,7 bis 1,0, besonders bevorzugt 0,8 bis 0,9 beträgt.
5. Seil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial des Seiles (1) kompaktiert ist.
6. Seil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial des Seiles (1) um mehr als 15% seiner Bruchkraft, bevorzugt um 35% bis 55% seiner Bruchkraft, verstreckt ist. Seil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lasttragenden Litzen (7,8,9,10,11,12,13) des Seiles (1) jeweils einzeln mit einer Umhüllung (13) versehen sind.
Verwendung eines Seiles (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Lastseil für Anwendungen mit Trommelantrieb.
EP15787576.6A 2014-11-05 2015-10-28 Seil aus textilem fasermaterial Active EP3215671B1 (de)

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EP3215671A1 true EP3215671A1 (de) 2017-09-13
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EP (1) EP3215671B1 (de)
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AT (1) AT516444B1 (de)
ES (1) ES2760534T3 (de)
PT (1) PT3215671T (de)
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