EP4097291B1

EP4097291B1 - Seil und verfahren zur herstellung eines seils

Info

Publication number: EP4097291B1
Application number: EP21802694.6A
Authority: EP
Inventors: Thierry VERREET; Markus ZOGG; Marco ELIG; Yeonhwan BAE
Original assignee: Verope Ag; Kv R&d Center GmbH; Kiswire Ltd
Current assignee: Kv R&d Center GmbH; Verope Ag; Kiswire Ltd
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2024-11-13
Anticipated expiration: 2041-11-02
Also published as: EP4097291A1; US12529186B2; EP4097291C0; CN117136262A; WO2022090565A1; US20230407561A1; KR20230095116A

Description

Die Erfindung betrifft ein geschlagenes Faserseil zur Verwendung als laufendes Seil in einer Vorrichtung mit einem Trommelantrieb, das ein geschlagenes Kernseil sowie mehrere das Kernseil umgebende Außenlitzen aufweist, wobei das Kernseil und die mehreren Außenlitzen aus mehreren Fasersträngen gebildet sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Faserseils sowie eine Vorrichtung mit einem Trommelantrieb, die ein erfindungsgemäßes geschlagenes Faserseil aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind vorbezeichnete Erzeugnisse, Vorrichtungen sowie Verfahren bekannt. Zur Herstellung von geschlagenen Drahtseilen werden mehrere Drähte helixförmig zu Litzen verwunden (= geschlagen). Dieser Verfahrensschritt wird als Verlitzen bezeichnet. Mehrere Litzen können helixförmig zu einem Kernseil verwunden werden. Das Kernseil wird mit mehreren Außenlitzen zu dem Drahtseil verwunden, wobei die Außenlitzen das Kernseil helixförmig umgeben. Dieser Schritt wird als Verseilung bezeichnet (siehe beispielsweise die deutsche VDI-Richtlinie 2358). Denkbar ist, dass ein Seil anstelle eines Kernseils zumindest eine Kernlitze aufweist.
Eine besonders hohe Zugfestigkeit ist möglich, wobei das Gewicht eines Drahtseils sehr hoch ist.
Im Stand der Technik wird zwischen geschlagenen und geflochtenen Seilen und Litzen unterschieden. Bei einem geschlagenen Seil sind Außenlitzen helixförmig um ein Kernseil oder eine Kernlitze herum gewunden, während ein geflochtenes Seil von gewebeartig miteinander verflochtenen Fasern oder Drähten gebildet ist oder zumindest eine solche Lage aufweist.
Grundbegriffe der Seiltechnik sind aus dem Stand der Technik, insbesondere https://www.ropetechnology.com/bro_dt/Bro_Grundbegriffe_de.pdf, bekannt.
Ferner sind aus dem Stand der Technik Faserseile bekannt, die beispielsweise von Sportkletterern als Sicherungsseile benutzt werden. Solche Seile, die geflochtene Seile sind, sind aus länglichen, textilen Kunststofffasern gebildet, die mit einem die Kunststofffasern umgebenden Mantelgeflecht verflochten sind. Eine für Sportanwendungen ausreichende Festigkeit bei geringem Gewicht ist möglich.
Weiter sind Hybridseile bekannt, bei denen ein Kernseil aus einem umhüllten Kunststoffmonofilbündel gebildet ist, welches mit Drahtlitzen verseilt wird. Zwar weist ein solches Seil eine mit einem Drahtseil vergleichbare Festigkeit auf, jedoch kann durch Kontakt der Drahtlitzen zu dem Monofilbündel, beispielsweise bei einer Biegewechselbelastung, eine Beschädigung des Kernseils auftreten.
Aus EP 2 673 415 B1 sind ein Seil sowie ein Herstellungsverfahren für ein Seil bekannt, bei dem Fasern oder Monofilbündel vor einem Verseilpunkt, an dem eine Verseilung der Fasern oder Monofilbündel zu einem Kernseil erfolgt, zuerst mit einem Matrixmaterial belegt und danach beim Verseilen an dem Verseilpunkt zu einem Kernseil in das Matrixmaterial eingebettet werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist insbesondere, dass innere Fasern des Monofilbündels nicht von Matrixmaterial umgeben sind. Ferner nachteilig sind zwei Verfahrensschritte, eine Belegung sowie eine darauf folgende Einbettung, erforderlich.
Aus JP H01 266231 A sind ein Seil sowie ein Faserstrang aus einem Faserverbundwerkstoff bekannt. Der Faserstrang ist aus einem Mischgarn, welches Karbon- oder Glasfasern sowie
Kunststofffasern umfasst, in einem Ziehverfahren hergestellt. Dazu wird das Mischgarn durch innere Düsen einer Matrix hindurchgezogen und ein aus dem Matrixmaterial gebildetes Garn durch äußere Düsen, so dass das Mischgarn in einem sogenannten "guide" von dem Matrixmaterialgarn umgeben ist. Durch Erhitzen verschmelzen die Matrixmaterialgarnfasern miteinander und bilden die Matrix, in die dann Verstärkungsfasern des Mischgarns eingebettet sind und sich unverdrillt in Faserlängsrichtung parallel zueinander erstrecken.
Eine Verlitzung oder Verseilung der Verstärkungsfasern bei der Herstellung des Faserstrangs ist nicht vorgesehen.
Aus JP H01 266231 A ist außerdem ein geschlagenes Seil umfassend einen Kernstrang sowie eine einzige aus mehreren unverlitzten Fasersträngen gebildete Außenlage bekannt.
WO2008/129116 A1 beschreibt ein geschlagenes Aufzugseil umfassend ein Kernseil, um das herum zur Bildung des Aufzugseils mehrere Außenlagen geschlagen sind. Einzelne Faserstränge sind aus einem Faserverbundwerkstoff mit parallelen Verstärkungsfasern gebildet. Jede Außenlage ist aus mehreren einzelnen, unverlitzen Fasersträngen gebildet.
Aus JP H09 21082 A sind Faserstränge sowie ein geschlagenes Seil bekannt. Mehrere parallele Verstärkungsfasergarne werden durch ein einen thermoplastischen Kunststoff aufweisendes Imprägnierbad sowie eine Matrix hindurchgezogen und danach zu einem Faserstrang verzwirnt. Mehrere Faserstränge werden zu einem geschlagenen Faserseil verwunden, das ein einsträngiges Kernseil sowie eine Außenlage mit sechs einzelnen, unverlitzten Fasersträngen aufweist.
Ein weiteres geschlagenes Seil, bei dem ein Kernseil von einer Außenlitzenlage umgeben ist, ist aus EP 3006 611 A1 bekannt. In eine Matrix eingebettete Verstärkungsfasern verlaufen parallel zueinander, sind also nicht geschlagen oder verzwirnt.
Aus EP 0 252 830 A1 ist ein Leitungskabel für eine Kransteuerleitung bekannt, jedoch kein geschlagenes Seil.
Weitere Faserseile sind aus EP 1 004 700 2 und WO 2016/071184 A1 bekannt.
Während Drahtseile eine hohe Bruchfestigkeit bei gleichzeitig hohem Gewicht aufweisen, sind insbesondere Hybridseile zwar leichter, jedoch bei einer Mehrlagenwicklung, beispielsweise auf eine Seiltrommel, weniger biegewechselfest sowie weniger querdruckstabil.
Insbesondere bei solchen Seilen, die bei Benutzung häufig umgelenkt werden, ist eine besonders gute Biegewechselfestigkeit sowie Querdruckfestigkeit erforderlich, beispielsweise bei sogenannten laufenden Seilen, die für einen Trommelantrieb eines Turmdrehkrans benutzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geschlagenes Faersseil der eingangs genanten Art auszubilden, das besonders lange haltbar und insbesondere biegewechselbeständig und querdruckstabil ist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein geschlagenes Faserseil der eingangs genannten Art auszubilden, das eine besonders hohe Zugfestigkeit bei geringem Gewicht aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Faserstränge aus einem nichtmetallische Verstärkungsfasern aufweisenden Verbundwerkstoff gebildet sind, dessen nichtmetallische Verstärkungsfasern zu mindestens einem Verstärkungsstrang geschlagen sind, wobei der Verstärkungsstrang in der Art einer Verstärkungslitze oder eines Verstärkungsseils ausgebildet und durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Drahtseilen oder Drahtlitzen hergestellt ist, wobei das geschlagene Kernseil zumindest teilweise von einer Ummantelung umgeben ist.
Dadurch, dass der mindestens eine Faserstrang aus einem Verbundwerkstoff gebildet ist, bei dem geschlagene Verstärkungsfasern in eine Matrix eingebettet sind, können vorteilhaft bisher für hochfeste Seile nicht nutzbare, insbesondere nichtmetallische Fasern wie beispielsweise Kohlenstofffasern benutzt werden.
Zu einem Verstärkungsstrang geschlagene Verstärkungsfasern sind in der Art einer Litze oder eines geschlagenen Seils ausgebildet und durch aus der Drahtseiltechnik bekannte Verlitz- oder Verseilmaschinen herstellbar.
In dem Verstärkungsstrang können in radialer Richtung benachbarte Lagen mehrerer Verstärkungsfaserlagen eine entgegengesetzte Schlagrichtung aufweisen. Vorteilhaft wird ein drehungsarmer Verstärkungsstrang ausgebildet.
Insgesamt wird bereits ein biegewechselfester und besonders querdruckstabiler Faserstrang geschaffen, der die Grundlage für die Herstellung von geschlagenen Kernseilen oder Litzen bildet, aus denen wiederum geschlagene Seile herstellbar sind. Insgesamt wird ein Seil bzw. eine Litze geschaffen, dessen bzw. deren einzelne Bestandteile, das heißt die Faserstränge, für sich genommen bereits sehr biegewechselfest und besonders querdruckstabil sind.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung können Verstärkungsfasern als Garn, als einzelne Filamente, als Zwirn oder Bündel mehrerer im Wesentlichen paralleler Filamente vorliegen.
Denkbar ist, dass die Verstärkungsfasern voneinander verschiedene Querschnitte aufweisen.
Die Faserstränge können einen runden oder mehreckigen, beispielsweise trapezförmigen, Querschnitt aufweisen.
Ein Faserstrang, der mit anderen Fasersträngen und/oder Metalldrähten zu einer Litze, beispielsweise einer Kern- oder Außenlitze verlitzt ist, weist insbesondere einen Durchmesser von 0,5 bis 2 mm auf, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 mm.
Ein Faserstrang, der mit anderen Fasersträngen zu einem Kernseil verseilt ist, weist insbesondere einen Durchmesser von 0,5 bis 2 mm auf, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 mm. Denkbar ist, dass die Außenlitzen oder das Kernseileinen Durchmesser bis zu 100 mm, insbesondere zwischen 15 und 60 mm, vorzugsweise zwischen 20 und 40 mm, aufweisen.
Der mindestens eine Verstärkungsstrang ist zweckmäßigerweise aus nichtmetallischen Verstärkungsfasern gebildet und ist durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Drahtseilen oder Drahtlitzen hergestellt.
Geeignete Verstärkungsfasern können beispielsweise als Glasfasern, Mineralfasern, Aramidfasern, Textilfasern oder Kohlenstofffasern ausgebildet sein oder eine Kombination hochfester metallischer oder nichtmetallischer Filamente aufweisen. Denkbar ist, dass Verstärkungsfasern des mindestens einen Verstärkungsstrangs aus verschiedenen Materialien gebildet sind. Beispielsweise kann ein Teil der Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff gebildet sein, während ein anderer Teil aus Aramid gebildet ist.
Durch die Verwendung einer bestehenden Vorrichtung zur Herstellung von Drahtseilen oder Drahtlitzen kann auf bestehende, aus der Drahtseiltechnik bekannte Maschinen zurückgegriffen werden.
Der er mindestens eine Verstärkungsstrang als Verstärkungslitze oder Verstärkungsseil ausgebildet. Vorteilhaft sind bestehende, aus der Drahtseiltechnik bekannte Verseil- oder Verlitzmaschinen zur Herstellung des Verstärkungsstrangs nutzbar. Sowohl das Verstärkungsseil als auch die Verstärkungslitze können mehrlagig ausgebildet sein und Querschnittsgeometrien aufweisen, die von Drahtseilen bekannt sind.
Der mindestens eine Verstärkungsstrang kann aus einem Mischgarn gebildet sein, das Verstärkungsfaserfilamente sowie Filamente eines Materials aufweist, aus dem eine Matrix, in die der mindestens eine Verstärkungsstrang zur Bildung des Faserstrangs eingebettet ist, gebildet ist.
Als Matrix ist jedes Polymer geeignet, vorzugsweise werden thermoplastische Kunststoffe wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polycarbonat (PC) oder Polyetheretherketon (PEEK) verwendet.
Ein Mischgarn ist ein Garn, dessen Filamente aus Verstärkungsfaserfilamenten sowie insbesondere thermoplastischen Kunststofffilamenten gebildet sind. Bei Verwendung eines Mischgarns ist zur Ausbildung einer Kunststoffmatrix, in die der Verstärkungsstrang eingebettet ist, keine Imprägnierung erforderlich, sondern eine sogenannte Pultrusion unter Erwärmung ausreichend. Vorteilhaft kann eine besonders dichte und homogene Matrix ausgebildet werden, Lufteinschlüsse werden vorteilhaft vermieden.
Das geschlagene Kernseil ist zumindest teilweise von einer Ummantelung umgeben.
Denkbar ist, dass die Ummantelung aus dem gleichen Material wie die Matrix des die mindestens eine Kernlitze oder das Kernseil bildenden mindestens einen Faserstrangs gebildet ist.
Denkbar ist außerdem, dass Faserstränge, die zu einer Litze verlitzt oder zu einem geschlagenen Kernseil oder geschlagenen Seil verseilt werden können, eine Matrix aufweisen, die im Querschnitt einen beispielsweise ringförmigen äußeren Bereich sowie einen inneren Bereich umfasst, wobei nur in den inneren Bereich der Matrix der mindestens eine Verstärkungsstrang eingebracht ist. Der äußere Bereich kann beim Verlitzen oder Verseilen mehrerer Faserstränge, vorzugsweise unter Erwärmung der Faserstränge bis zu einer Temperatur, bei der ein thermoplastischer, die Matrix bildender Kunststoff verformbar ist, derart verformt werden, dass äußere Bereiche benachbarter Faserstränge bei der Verlitzung oder Verseilung eine einstückige Ummantelung ausbilden, die aus dem gleichen Material gebildet ist wie die Matrix. Vorteilhaft wird die mindestens eine Kernlitze oder das Kernseil vor Abrasion durch Außenlitzen oder Witterungseinflüssen geschützt.
Denkbar ist, dass die Ummantelung aus einem Material gebildet ist, welches einen Reibbeiwert von < 0,15 aufweist.
Das geschlagene Seil weist mehrere das Kernseil umgebende Außenlitzen auf, wobei das geschlagene Kernseil und die Außenlitzen aus mehreren Fasersträngen gebildet sind und jeder Faserstrang aus mindestens einen Verstärkungsstrang aufweisenden Verbundwerkstoff gebildet ist. Vorteilhaft wird eine besonders gute Biegewechselfestigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und hervorragender Querdruckstabilität erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Anteil des mindestens einen Verstärkungsstrangs in dem mindestens einen Faserstrang zumindest 40 Vol.-%, insbesondere zwischen 45 Vol-% und 90 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 50 und 75 Vol.-%. Je höher ein Anteil des Verstärkungsstrangs, desto höher ist die Zugfestigkeit des Faserstrangs und damit des geschlagenen Seils bzw. der Litze. Vorteilhaft kann eine Festigkeit für verschiedene Anwendungsfälle maßgeschneidert werden.
Zweckmäßigerweise sind die geschlagene Kernseil und die mehreren das Kernseil umgebende Außenlitze relativ zueinander bewegbar, vorzugsweise in Seillängsrichtung. Insbesondere bei Belastung, beispielsweise bei Benutzung des Seils als Lastseil eines Turmdrehkrans, ist eine relative Bewegbarkeit erforderlich, um eine besonders gute mechanische Festigkeit zu erreichen. Benachbarte Außenlitzen und/oder das geschlagene Kernseil unmittelbar umgebende Außenlitzen können unter Bildung einer Trennebene aneinander anliegen. Vorteilhaft wird ein besonders biegefestes, biegewechselbeständiges sowie querdruckstabiles geschlagenes Seil bzw. eine solche Litze geschaffen.
Vorzugweise wird ein erfindungsgemäßes Seil als laufendes Seil einer Vorrichtung mit Trommelantrieb verwendet, insbesondere bei einem Kran mit Trommelantrieb.
Denkbar ist, dass jeder Faserstrang mit einer Schicht belegt ist, die einen Reibbeiwert aufweist, der insbesondere kleiner als 0,2, vorzugsweise kleiner als 0,14 ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ummantelung, die das geschlagene Kenrseil zumindest teilweise umgibt, aus einem anderen Material gebildet als eine Matrix des mindestens einen Faserstrangs, in die der mindestens eine Verstärkungsstrang eingebettet ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Seil als drehungsarmes oder drehungsfreies Seil ausgebildet. Vorteilhaft wird ein besonders lange haltbares Seil geschaffen.
Zweckmäßigerweise weist das geschlagene Seil mehrere das geschlagene Kernseil umgebende Außenlitzen auf, wobei geschlagene Kernseil und die Außenlitzen aus mehreren Fasersträngen gebildet sind und jeder Faserstrang aus einem mindestens einen Verstärkungsstrang aufweisenden Verbundwerkstoff gebildet ist, wobei die Faserstränge geschlagenen Kernseils oder der Außenlitzen voneinander verschiedene Formen und/oder Größen aufweisen. Vorteilhaft können mechanische Eigenschaften wie eine Biegewechselfestigkeit, eine Querdruckstabilität oder eine Zugfestigkeit für bestimmte kundenspezifische Fälle maßgeschneidert werden.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines geschlagenen Faserseils zur Verwendung als laufendes Seil in einer Vorrichtung mit einem Trommelantrieb zu schaffen, das mindestens ein geschlagenes Kernseil sowie mehrere das Kernseil umgebende Außenlitzen aufweist, wobei das Kernseil und die mehreren eine Au-ßenlitzen aus mehreren Fasersträngen gebildet werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die mehreren Faserstränge aus einem Verstärkungsfasern aufweisenden Verbundwerkstoff gebildet werden, wobei die Verstärkungsfasern zu mindestens einem Verstärkungsstrang geschlagen werden, wobei der Verstärkungsstrang in der Art einer Verstärkungslitze oder eines Verstärkungsseils ausgebildet und durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Drahtseilen oder Drahtlitzen hergestellt wird, und das geschlagene Kernseil zumindest teilweise von einer Ummantelung umgeben wird.
Mehrere Stränge eines Mischgarns, das Verstärkungsfaserfilamente sowie aus einem vorzugsweise thermoplastischen Kunststoff gebildete Filamente aufweist, können geschlagen und unter Erwärmung zur Bildung des Faserstrangs pultrudiert.
Durch die Pultrusion wird bei der Herstellung der Faserstränge vorteilhaft sichergestellt, dass keine Fehlstellen auftreten, beispielsweise Lufteinschlüsse. Weiter vorteilhaft ist keine Belegung des Garns vor einer Verlitzung oder Verseilung erforderlich, da das Matrixmaterial als Filamente des Mischgarns mitgeschlagen wird und bei der Pultrusion die Matrix ausgebildet wird.
Eine Pultrusionseinrichtung kann einer ersten Verlitz- und/oder Verseileinrichtung vorgeschaltet und einer weiteren Verlitz- oder Verseileinrichtung nachgeschaltet sein.
Die Verstärkungsfasern können von mehreren Spulen abgespult und zur Bildung des Verstärkungsstrangs mit einer ersten, bestehenden Verlitz- oder Verseilmaschinen geschlagen werden. Vorzugsweise wird ein Mischgarn verwendet, das heißt ein Garn, dessen Filamente aus Verstärkungsfaserfilamente sowie insbesondere thermoplastischen Kunststofffilamenten gebildet sind. Nach dem Schlagen der Verstärkungs- und Kunststofffilamente erfolgt eine Pultrusion, das heißt ein Ziehen unter Erwärmung, wodurch die Kunststofffilamente eine homogene Matrix, in die die geschlagenen Verstärkungsfasern eingebettet sind, ausbilden. Derart hergestellte Faserstränge, die vorzugsweise einen runden Querschnitt aufweisen, können mit einer der Pultrusionseinrichtung nachgeschalteten bestehenden Verseil- oder Verlitzmaschine zu einer Litze, einem Seil oder einem Kernseil geschlagen werden.
Weiter vorteilhaft muss eine bestehende, zur Drahtseilherstellung verwendbare Vorrichtung lediglich um eine Pultrusionseinrichtung ergänzt werden, um ein erfindungsgemäßes geschlagenes Seil oder eine erfindungsgemäße Litze herstellen zu können. Die Anschaffung weiterer oder spezieller Maschinen entfällt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Kernseil von mindestens einer Außenlitzenlage, die die mehreren Außenlitzen aufweist, umgeben, wobei vorzugsweise ein Matrixmaterial einer Matrix des Kernseils gegen ein Matrixmaterial der Außenlitzen anliegt. Ein direkter Kontakt von Verstärkungsfasern eines Faserstrangs mit denjenigen eines benachbarten Faserstrangs wird vorteilhaft verhindert. Dadurch, dass das Kernseil lediglich an die Außenlitzen anliegt, besteht keine stoffschlüssige Verbindung.
Denkbar ist, das Kernseil oder eine Außen litze aus bis zu fünfzig Fasersträngen gebildet ist und bis zu zehn Außenlitzenlagen, die die Kernlitze umgeben, vorgesehen sind. Umgeben bedeutet insbesondere, dass die Außenlitzen durch aus der Drahteilherstellung bekannte Herstellungstechniken mit der mindestens einen Kernlitze oder dem Kernseil verseilt (= geschlagen) werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten, sich auf die Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: mehrere Ausführungsformen eines Seils sowie eine beispielhafte Ausführungsform einer Litze,
Fig. 2: mehrere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Seils,
Fig. 3: mehrere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Seils.

Ein in Fig. 1a im Querschnitt schematisch gezeigtes geschlagenes Seil 1 umfasst ein geschlagenes Kernseil 2, das eine Kernlitze 3 sowie eine äußere Kernlitzenlage 4 aufweist. Kernaußenlitzen 5, 6 der äußeren Kernlitzenlage 4 weisen unterschiedliche, insbesondere voneinander verschiedene Querschnittsgrößen und - formen auf.
Das Kernseil 2 ist mit insgesamt acht Außenlitzen 7, die eine einzige Außenlitzenlage 8 bilden, zur Bildung des Seils 1 verseilt. Ein in Fig. 1a gezeigtes Seil 1 ist drehungsarm.
Zur Bildung einer in Fig. 1b im Detail schematisch gezeigten runden Außenlitze 7 eines Seils 1 gemäß Fig. 1a wurden einundreißig Faserstränge 9, 10 verlitzt, wobei zwölf Faserstränge 9 im Querschnitt gleich groß sind und größer als die weiteren neunzehn Faserstränge 10, die im Querschnitt inetwa gleich groß sind.
Die Faserstränge 10 sind innere Faserstränge eines Kernseils 2 oder einer Litze 5, 6, 7, die Faserstränge 9 sind äußere Faserstränge eines Kernseils 2 oder einer Litze 5, 6, 7.
Jeder Faserstrang 9, 10 umfasst einen sich in einer Faserstranglängsrichtung erstreckenden Verstärkungsstrang 11, der mehrere zu einer Verstärkungslitze geschlagene, aus Kohlenstoff gebildete Verstärkungsfasern 12 aufweist, die in eine Polypropylenmatrix 13 eingebettet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 1b nicht bei allen Fasersträngen 9, 10 Verstärkungsstränge 11 sowie Verstärkungsfasern 12 gezeigt.
Obwohl sämtliche Litzen eines in Fig. 1a gezeigten Seils 1 aus Fasersträngen 9, 10 mit ausschließlich nichtmetallischen Verstärkungsfasern 12 gebildet sind, ist denkbar, dass einzelne Verstärkungsfasern 12 aus einem Metalldraht gebildet sind. Eine einen solchen Faserstrang aufweisende Litze ist eine sogenannte Hybridlitze, ein einen solchen Faserstrang aufweisendes Seil ein sogenanntes Hybridseil.
Vorteilhaft können zur Herstellung des erfindungsgemäßen geschlagenen Seils 1 vorhandene, ursprünglich für die Drahtseilherstellung vorgesehene Verseil- bzw. Verlitzmaschinen verwendet werden und gleichzeitig ein besonders leichtes sowie biegewechselbeständiges und besonders querdruckstabiles geschlagenes Seil geschaffen werden.
Die Faserstränge 9, 10 sind mittels Pultrusion herstellbar, indem ein ein Verstärkungsfasern 12 aufweisendes Mischgarn, das beispielsweise aus Polypropylen sowie aus Kohlenstoff gebildete Filamente aufweist, von mehreren Garnspulen abgewickelt und in einer ersten Verlitz- oder Verseilmaschine geschlagen wird. Beim Pultrudieren, d.h. unter Zugspannung, in einer Pultrusionseinrichtung, die der ersten Verlitz- oder Verseilmaschine vor und einer zweiten Verlitz- oder Verseilmaschine nachgeschaltet ist, erweichen die Polypropylenfilamente unter Erwärmung und bilden eine homogene Matrix 13 aus, in die die zu einem Verstärkungsstrang 11 geschlagenen Verstärkungsfasern 12 eingebettet sind.
Nach Abkühlung und Verfestigung der Matrix 13 können die Faserstränge 9, 10 mit der zweiten Verlitz- oder Verseilmaschine, die der Pultrusionseinrichtung nachgeschaltet ist, weiterverarbeitet werden.
Ein Aufspulen auf Lagerspulen vor einer weiteren Verarbeitung ist denkbar.
Dadurch, dass durch Erwärmung des Faserstrangs 9, 10 eine Matrix 13 bildendes Polypropylen verformbar ist und sich durch Abkühlung erneut verfestigt, ist eine Änderung der Querschnittsform oder -größe durch Aufbringung von Verformungskräften denkbar. Dazu kann eine Heizeinrichtung vorgesehen sein, die vor oder an einem Verlitz- oder Verseilpunkt einer entsprechenden Verlitz- oder Verseilvorrichtung angeordnet ist.
Denkbar ist, dass einzelne Faserstränge 9, 10 derart verformt werden, dass ein trapezförmiger oder mehreckiger Querschnitt wie beispielsweise in Fig. 1a gezeigt ausgebildet wird. Denkbar ist außerdem, dass eine Querschnittsform oder -größe von einzelnen Fasersträngen vor einer Verlitzung oder Verseilung oder von hergestellten Seilen verändert wird.
Ein in Fig. 1c im Querschnitt schematisch gezeigtes geschlagenes Seil 1 unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 1a gezeigten dadurch, dass ein geschlagenes Kernseil 2 eine Kernlitze 3 sowie zwei äußere Kernlitzenlagen 4, 14 aufweist, von denen die äußerste Kernlitzenlage 14 Kernaußenlitzen 5, 6 aufweist, die voneinander verschiedene Durchmesser aufweisen.
Ferner ist die Kernlitze 3 aus sieben Fasersträngen 9, 10 mit rundem Querschnitt gebildet, während Außenlitzen 7 mit rundem Querschnitt aus sieben Fasersträngen 9,10 mit mehreckigem Querschnitt gebildet sind.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. 1 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe a beigefügt ist.
Ein in Fig. 2a im Querschnitt schematisch gezeigtes geschlagenes Seil 1a unterscheidet sich von denjenigen in Fig. 1 gezeigten dadurch, dass ein Kernseil 2a von einer schraffiert dargestellten Ummantelung 15 umgeben ist, in die dem Kernseil 2a zugewandte Hälften 16 von Außenlitzen 7a eingebettet sind. Durch die Ummantelung 15 werden Kernaußenlitzen 5a vor Beschädigungen geschützt.
Die Ummantelung 15 kann ausgebildet werden, indem die Verseilung des Kernseils 2a mit den Außenlitzen 7a in einem Kunststoffbad erfolgt, das schmelzflüssigen, die Ummantelung bildenden, vorzugsweise thermoplastischen Kunststoff wie Polypropylen (PP) oder Polyethlyen (PE) aufweist.
Außerdem weist das Kernseil 2a eine Kernlitze 3a sowie eine einzige äußere Kernlitzenlage 4a auf. Die Kernlitze 3a und die Kernaußenlitzen 5a weisen identische Querschnitte auf.
Ein in Fig. 2b im Querschnitt gezeigtes geschlagenes Seil 1a unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 2a gezeigten dadurch, dass Außenlitzen 7a auf einer dem Kernseil 2a abgewandten Seite 17 abgeflacht sind. Dies ist beispielsweise durch Hämmern, mit oder ohne vorherige Erwärmung möglich.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. 1 und 2 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe b beigefügt ist.
Ein in Fig. 3a im Querschnitt gezeigtes geschlagenes Seil 1b unterscheidet sich von denjenigen in Fig. 1 und 2 gezeigten insbesondere dadurch, dass ein Kernseil 2b sowie Außenlitzen 7b in eine einzige als Ummantelung wirkende Polypropylenmatrix 18 derart eingebracht sind, dass sowohl eine Kernlitze 3b und Kernaußenlitzen 5b als auch dem Kernseil 2b zugewandte Hälften 16b der Außenlitzen 7b in die als Ummantelung wirkende Matrix 18 eingebettet sind. Das Matrixmaterial der Matrix 18 kann ein anderes sein als das Matrixmaterial, das die Faserstränge 9b, 10b aufweisen.
Das in Fig. 3a gezeigte geschlagene Seil 1b ist herstellbar, indem Faserstränge 9b, 10b in einem schmelzflüssigen Polypropylenbad verlitzt oder verseilt werden.
Denkbar ist, dass das geschlagene Seil 1b hergestellt wird, indem Faserstränge 9b, 10b, die im Querschnitt einen in Fig. 3 nicht gezeigten ringförmigen äußeren sowie einen inneren Bereich einer in Fig. 1b mit 13 bezeichneten Matrix aufweisen, wobei nur in den inneren Bereich ein Verstärkungsstrang eingebracht sind, verseilt oder verlitzt werden. Der äußere Bereich kann beim Verlitzen oder Verseilen der Faserstränge, vorzugsweise unter Erwärmung bis zu einer Temperatur, bei der ein thermoplastischer, eine Matrix bildender Kunststoff verformbar ist, derart verformt werden, dass die äußeren Bereiche bei der Verlitzung oder Verseilung benachbarter Faserstränge 9b, 10b die als Ummantelung wirkende Matrix 18 ausbilden.
Ein in Fig. 3b im Querschnitt gezeigtes geschlagenes Seil 1b unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 3a gezeigten insbesondere dadurch, dass Außenlitzen 7b auf einer dem Kernseil 2b abgewandten Seite 17b abgeflacht sind, wobei die abgeflachten Bereiche Kreisbögen bilden.
Es versteht sich, dass sämtliche mögliche Kombinationen von Merkmalen der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Merkmale denkbar sind. Beispielsweise kann ein in Fig. 1a gezeigtes geschlagenes Seil Außenlitzen gemäß Fig. 3b aufweisen.
Obwohl in Fig. 1 bis 3 Seile 1-1b mit einer einzigen Außenlitzenlage 8-8b gezeigt sind, ist denkbar, dass mehrere Außenlitzenlagen vorgesehen sind. Vorzugsweise können benachbarte Außenlitzenlagen entgegengesetzte Schlagrichtungen aufweisen, so dass ein drehungsarmes bzw. drehungsfreies Seil ausgebildet wird.
Denkbar ist außerdem, dass Verstärkungsfasern verwendet werden, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind und/oder unterschiedliche Querschnittsgrößen aufweisen. Insbesondere ist dies bei Verwendung eines Mischgarns, welches zur Herstellung eines Faserstrangs 9-9b, 10-10b von mehreren Garnspulen abgewickelt wird, möglich.
Weiter denkbar ist, dass jeder Faserstrang 9-9b, 10-10b mehr als einen Verstärkungsstrang 11 aufweist, beispielsweise zwei oder drei, die sich vorzugsweise parallel zueinander in Seillängsrichtung erstrecken.

Claims

Geschlagenes Faserseil (1-1b) zur Verwendung als laufendes Seil in einer Vorrichtung mit einem Trommelantrieb, das ein geschlagenes Kernseil (2-2b) sowie mehrere das Kernseil (2-2b) umgebende Außenlitzen (7-7b) aufweist, wobei das Kernseil (2-2b) und die mehreren Außenlitzen aus mehreren Fasersträngen (9-9b, 10-10b) gebildet sind, wobei die Faserstränge (9-9b, 10-10b) aus einem nichtmetallische Verstärkungsfasern (12) aufweisenden Verbundwerkstoff gebildet sind, dessen nichtmetallische Verstärkungsfasern (12) zu mindestens einem Verstärkungsstrang (11) geschlagen sind, wobei der Verstärkungsstrang in der Art einer Verstärkungslitze oder eines Verstärkungsseils ausgebildet und durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Drahtseilen oder Drahtlitzen hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlagene Kernseil (2-2b) zumindest teilweise von einer Ummantelung (15; 18) umgeben ist.
Geschlagenes Faserseil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Anteil des mindestens einen Verstärkungsstrangs (11) in dem Faserstrang (9-9b, 10-10b) zumindest 40 Vol.-% beträgt, insbesondere zwischen 45 und 90 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 50 und 75 Vol.-%.
Geschlagenes Faserseil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das geschlagene Kernseil (2-2b) und die mehreren das Kernseil (2-2b) umgebende Außenlitzen (7-7b) relativ zueinander bewegbar sind, vorzugsweise in Seillängsrichtung.
Geschlagenes Faserseil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ummantelung (15, 16), die das geschlagene Kernseil (2-2b) zumindest teilweise umgibt, aus einem anderen Material gebildet ist als eine Matrix (13) der Faserstränge (9-9b, 10-10b), in die der mindestens eine Verstärkungsstrang (11) eingebettet ist.
Geschlagenes Faserseil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Seil (1-1b) als drehungsfreies Seil ausgebildet ist.
Vorrichtung mit einem Trommelantrieb, insbesondere Kran mit einem Trommelantrieb, die ein geschlagenes Faserseil (1-1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, wobei das geschlagene Faserseil (1-1b) als laufendes Seil ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines geschlagenen Faserseils (1-1b) zur Verwendung als laufendes Seil in einer Vorrichtung mit einem Trommelantrieb, das ein geschlagenes Kernseil (2-2b) sowie mehrere das Kernseil (2-2b) umgebende Außenlitzen (7-7b) aufweist, wobei das Kernseil (2-2b) und die mehreren Außenlitzen aus mehreren Fasersträngen (9-9b, 10-10b) gebildet werden,
wobei
die mehreren Faserstränge (9-9b, 10-10b) aus einem Verstärkungsfasern (11) aufweisenden Verbundwerkstoff gebildet werden, wobei die Verstärkungsfasern (12) zu mindestens einem Verstärkungsstrang (11) geschlagen werden, wobei der Verstärkungsstrang in der Art einer Verstärkungslitze oder eines Verstärkungsseils ausgebildet und durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Drahtseilen oder Drahtlitzen hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
das geschlagene Kernseil (2-2b) zumindest
teilweise von einer Ummantelung (15; 18) umgeben wird.