FI67927B - Element foer oeverfoering av dragkrafter - Google Patents

Description

_ ,, KU ULUTUSJ U LKAISU

jfSFfijjp ^ UTLÄGGNINGSSKRIFT 6 7927 C Patentti Dvc'nnctty 10 Ci 1005

Patent mcddelat ^ (51) Kv.lk.4/lnt.CI.4 F 16 G 11/02, D 07 B 1/02 (21) Patenttihakemus — Patentansökning 802909 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 1 6.09 · 80 (H) (23) Alkupäivä— Giltighetadag 16.09.80 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig j g Qg g j

Patentti- ja rekisterihallitus (44) Nähtäväksi panon ja kuul.julkaisun pvm. —

Patent-och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 28.02.85 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd prioritet 18.09 - 79

Svei ts i-Schweiz(CH) 8MA/79-0 Toteennäytetty-Styrkt (71) Kupferdraht-I solierwerk AG Wildegg, Hornimattstrasse 206, CH-5IO3 Wildegg, Sveitsi-Schweiz(CH) (72) Othmar Voser, Möriken, Sveitsi-Schweiz(CH) (7*0 Lei tzinger Oy (5*») Elementti vetovoimien siirtämiseksi - Element för överföring av dragkrafter

Esillä olevan keksinnön kohteena on elementti vetovoimien siirtämiseksi, johon kuuluu lukuisia tasaisen kuitupinnan omaavia tekokui- 2 tuja, joiden vetolujuus on yli 200 kg/mm ja jonka kimmomoduli on 2 yli 3000 kg/mm ja murtovenymä alle 10 %, jota käytetään sileiden kuitupintojen aikaansaaman liukumavaaran vuoksi voimansiirtolaitteiden kiinnityspaikassa ainakin osalla niiden kokonaispituutta päällystettynä kuituja yhdistävällä ja kitkakerrointa kuitukimpun pinnassa lisäävllä materiaalilla.

Tällainen elementti tunnetaan esimerkiksi tiedotuslehtisestä "Kevlar 49, Technische Information, Bulletin Nr. K-l, kesäkuussa 1974", jota julkaisee Du Pont de Nemours Company, s. 3, taulu II, jakso B. Siinä käsitellään eräänlaista köyttä, jossa elementin muodostavat kuidut eivät kuitenkaan ole järjestetyt punomalla, vaan tankomaisesti keskenään samansuuntaisesti ja upotettu epoksidihartsiin, mikä sitten on kuivatettu noin 180°C lämpökäsittelyllä.

Tämä tunnettu elementti, joka on valmistettu vain koetarkoituksiin - nimittäin sellaisen elementin saavutettavissa olevan vetolujuuden mit taamiseksi - on kuitenkin suhteellisen jäykkä ja tässä muodossa "veto- 2 67927 köydeksi" sopimaton, koska se murtuu suhteellisen helposti taipuma-paikoista. Syy tähän on se, että epoksidiharsit kuten useimmat muutkin kovettuvat tekohartsit kovettuneina murtuvat lasin tapaan jo suhteellisen vähän taivutettaessa ja sellaisessa murtumapaikassa ilmenevä lovivaikutus johtaa sitten lyhyessä ajassa murtumakohdan kattavien kuitujen sukkessiiviseen repeytyrniseen elementin ulkoa sisälle.

Tässä tunnetussa elementissä oli siten ongelmana vain voimansiirto elementtiin, eikä ongelmaa elementin käyttämisestä "vetoköytenä" vaadittavan taipuisuuden suhteen siten ratkaistu.

Taipuisuusongelman yleinen ratkaisu ilman samanaikaista voimansiirron ongelman ratkaisua ei toisaalta tuota mitään vaikeuksia, koska taipuisuusongelman kertakaikkiseksi ratkaisemiseksi täytyy vain jättää pois elementin kuitujen upottaminen niitä yhdistävään ja kuitukimpun pinnan kitkakerrointa parantavaan materiaaliin.

Kuitenkin, jos upottaminen jätetään pois, tulee voimansiirto elementtiin erittäin vaikeaksi ongelmaksi, koska silloin tulisi voimansiirron yksittäisiin elementin kuituihin tapahtua kuitujen keskinäisen pito-kitkan sekä kuitukimppua ympäröivän aineen ja kuitukimpun ulommaisten kuitujen välisen pitokitkan avulla. Samalla vaadittaisiin, että kuitujen vetolujuutta vastaavien kitkavoimien aikaansaamiseksi kuitujen sileän pinnan eli pienen kitkakertoimen vuoksi olisi elementin ulkopintaan tarttuvan voimansiirtolaitteen puristuksen kuitukimppua kohtaan oltava erinomaisen suuri. Jos esimerkiksi sellaisen upottamattoman elementin päähän haluttaisiin muodostaa tartuntaholkilla esim. köy-sisilmukan ympäri oleva putki, täytyisi tartuntaholkkiin kohdistaa kuitukimpun kymmenkertaista läpimittaa vastaavalle pituudelle useam- 2 pien tonnien voima cm kohden elementtiin ts. kuitukimppuun, jotta elementtiä vetokuormitettaessa sen vetolujuutta voitaisiin täysin hyödyntää, Sellaisia korkeita paineita ei tartuntaholkeilla kuitenkaan saavuteta, sillä jo itse duralumiinia oleva holkki, jossa olisi hyvin suuri, hoikin puolta sisäläpimittaa vastaava seinämä-paksuus, joutuisi viiden tonnin neliösenttimetrikuormituksella sisältä vetolujuusrajälleen, ts. se rikkoutuisi, kun tämä sisäpaine ylittyy. Edelleen on selvää, että tartuntaholkkia kokoonpuristettaessa ei voida aikaansaada puristusvoimaa, joka puristuksen päätyttyä avai-si tartuntaholkin, vaan maksimaalinen saavutettavissa oleva puristus- 3 67927 voima on paljon tartuntaholkin avautumiseen vaadittavan sisäpaineen alapuolella. Koska siten tartuntaholkilla ei voida aikaansaada kuitu- 2 kimppuun vaadittavaa useamman tonnin painetta/cm , luiskahtaa kuitu-kimppu elementtiä vetokuormitettaessa pois tartuntaholkista ennenkuin kuitujen vetolujuus saavutetaan, ts. upottamattomilla kuiduilla varustetun elementin vetolujuutta ei määrää kuitujen vetolujuus, vaan elementtiin ulkopuolelta tarttuvan voimansiirtolaitteen maksimaalinen kuitukimppuun vaikuttava paine, joka on säännönmukaisesti paljon kuitujen vetolujuuden alapuolella, usein jopa vain 1/5 -1/10 siitä. Siten on se suuren vetolujuuden etu, jonka nämä keino-kuidut antavat, mitätöity, sillä näiden kuitujen vetolujuudesta vain yhden viides- tai kymmenesosan lujuisia vetoköysiä voidaan tehdä myös muista materiaaleista vähäisemmällä teknisellä vaivalla ja ilman keinokuitujen huonon kitkakertoimen aiheuttamia vaikeuksia.

Huolimatta alan amattilaisten intensiivisistä pyrkimyksistä viime vuosina ei kuitenkaan ole vielä tähän mennessä onnistuttu valmistamaan mainitunlaista vetoköydeksi sopivaa elementtiä, jossa olisi ratkaistu sekä voimansiirto elementtiin että elementin tarpeellinen taipuisuus tyydyttävällä tavalla. Edellä mainittu tunnettu elementti tosin ratkaisee voimansiirto-ongelman, mutta ei taipuisuusongelmaa. Samasta tiedotuslehtisestä kuin tämä elementti tunnetut mainitunlaista keinokuitua (kts. s. 12, osa 17) olevat köydet tosin ratkaisevat taipuisuusongelman, mutta - koska niitä ei upoteta - eivät ratkaise yllä mainituista syistä tyydyttävällä tavalla voimansiirto-ongelmaa. Kummankin ratkaisun synteesiä esim. siten, että keinokuidut upotetaan muuhun materiaaliin kuin tunnetussa elementissä, ei tähän mennessä ole löydetty.

Esillä olevan keksinnön tehtävänä onkin aikaansaada vetoköytenä käytettävä mainitunlainen elementti, joka ratkaisee voimansiirto- ja joustavuusongelmat ja siten antaa mahdollisuuden valmistaa sanotuista keinokuiduista vetoköysi, jossa kuitujen vetolujuus käytetään täysin hyväksi ja joka siten mahdollistaa oleellisesti suuremmanvetovoiman siirron kuin vastaavan tehopaksuuden omaava teräsvaijeri.

Keksinnön mukaisesti mainitunlaisessa elementissä tämä aikaansaadaa-siten, että aine, johon kuidut upotetaan, on sellaista ainetta, joka hajoaa rasitusalueella jauheeksi paine- ja/tai taivutusrasi-tuksessa, joka ylittää sen murtumarajän.

4 67927

Sellaisen materiaalin käytössä upottamistoiminnassa on kaksi ratkaisevaa etua: Ensinnäkin tämä materiaali poistaa kekonaan lovivaikutuk-sen sellaisissa paikoissa, joissa se elementin taipumarasituksen vuoksi murtuu, koska materiaali ei sellaisissa paikoissa murru lasin tapaan, vaan hajoaa etenkin taipumapaikan painealueella jauheeksi ja siten poistaa vipuvaikutuksen, joka lasin tapaisessa murtumisessa johtaa murtumapaikalla olevien kuitujen sukkessiiviseen murtumiseen elementin ulkoa sisään mentäessä. Toiseksi on materiaalin hajoamisesta jauheeksi hyvin korkean paineen vaikutusalueilla myös elementin päätealueiden voimansiirrolle ratkaiseva merkitys, sillä kuten edellä mainittuun tartuntaholkkiesimerkkiin viitaten havaitaan, täytyy voimansiirtoalueella kohdistaa kuitukimppuun erityisen suuri paine niin, että sanottu materiaali tällä alueella hajoaa jauheeksi. Tämä jauhe muodostuu mikroskoopilla tarkkailtaessa pienistä kiteistä, suurimmalta osin yksittäiskiteistä, jotka säilyttävät muotonsa myös korkeammissa paineissa. Koska kuitukimppu on kauttaaltaan upotettu sanottuun materiaaliin, täyttävät voimansiirtoalueilla aineen jauheeksi hajoamisen vuoksi syntyneet kiteet kuitukimpun yksittäisten kuitujen välitilat lähes täysin ja siirtävät siten ulkoa kuitukimppuun kohdistetun paineen kuhunkin yksittäiseen kuituun, jolloin ne muodonsäilymisomi-naisuuksiensa vuoksi myöskin korkeimmilla paineilla puristuvat kide-särmillään yksittäisiä kuituja vasten. Siten yksittäisten kuitujen välinen kitkakerroin kasvaa, ja koska sama pätee luonnollisestikin myös kuitukimpun ulompiin kuituihin, myös kitkakerroin kuitukimpun ulkopinnan ja sitä ympäröivän välineen välillä kasvaa, jolloin saavutetaan oleellisesti suurempia arvoja, kuin mitä voitaisiin saavuttaa käytettäessä painetta kestäviä materiaaleja. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että painetta kestävät materiaalit muodostavat sekä yksittäisiin kuituihin että myös kuitukimpun ulkopinnalle oleellisen sileän pinnan, kun taas kidesärmillään yksittäisiä kuituja vasten painautuneet kiteet kuitu- ja vetokuormitettaessa ns. kiilautuvat keskenään ja siten käytännössä puristuvat voimakkaammin niiden välissä olevia kuituja vasten sitä mukaa kuin vetovoima kasvaa.

Sanottu materiaali on edullisesti esillä olevassa elementissä paine-ja/tai taipumarasituksessa murtumarajansa yläpuolella jauheeksi hajoavaa hartsia. Tämän erityisominaisuuden omaavia hartseja on tähän mennessä täysin tai ainakin valtaosaltaan valmistettu luonnonhartsi-pohjaisesti, mikä ei kuitenkaan poista mahdollisuutta, että kehitystyöllä voitaisiin ajan mittaan myös aikaansaada keinohartsi, jolla myös olisi tämä erityisominaisuus- Edelleen täytyy sellaisen paine-

II

5 67927 vaikutuksen alla jauheeksi hajoamisen edellytyksenä olla, että hartsia muodostettaessa syntyy samalla suuri määrä yhteneväisiä yksittäis-kiteitä, mikä vaatii kristallialkioiden olemassaoloa, kun taas kei-nohartsit säännönmukaisesti muodostuvat polymerisäätiöllä ja niiden muodostusmekanismi on siten toinen.

Luonnonhartseista on varsinkin kolofonilla se ominaisuus, että se painevaikutuksessa hajoaa jauheeksi suuressa määrin.

Esillä olevan elementin eräässä edullisessa suoritusmuodossa kuitujen upotusmateriaali muodostuu kolofonista.

Esillä olevan elementin keinokuidut muodostuvat tarkoituksenmukaisesti muovista, edullisesti orgaanisesta polymeeristä. Erityisen edullisesti muovi, josta keinokuidut tehdään, voi olla, kuten edellä mainitussa tiedotuslehtisessä on mainittu, aromaattista polyamidia, 2 jolloin kuitujen vetolujuus on edullisesti ainakin 250 kg/mm , kim- 2 momoduli ainakin 10000 kg/mm ja murtovenymä alle 3 %.

Esillä olevassa elementissä keinokuidut on järjestetty edullisesti tankomaisesti samansuuntaisesti. Sillä on etuna se, että elementin epäsuotavat venymiset saadaan poistetuksi ja esim. vaakasuoraan jännitetyissä elementeissä lämpötilanmuutosten aiheuttamat venymät jäävät minimiin. Sitä paitsi tällainen järjestely, jossa elementin rajakuormitus on lähellä keinokuitujen vetolujuusrajaa, on soveliain ja antaa elementin ts. kuitukimpun läpimitalle suurimman tehollisen poikkileikkauksen, ts. suurimman kuitumäärän ja siten suurimman kuor-mitettavuuden. Lopuksi antaa tämä kuitujärjestely joka tapauksessa esillä olevassa elementissä kiinnitinelimelle, kuten tartuntaholkiIle tms. myös korkeimman tartuntakitkakertoimen. Jos kuitenkin keinokuitujen suhteellisen vähäinen murtovenymä elementin erityisissä käyttö-tapauksissa on liian pieni, on edullisempaa, että keinokuidut elementin venyvyyden lisäämiseksi punotaan.

Voimansiirtämiseksi on esillä olevassa elementissä tarkoituksenmukaisesti ainakin toiseen sen päätyalueista yhdistetty kaksi kuitujen päistä erillään olevaa kohtaa muodostamalla edullisesti pyöreäksi tai soikeaksi silmukaksi järjestetty lenkki liitinelintä käyttäen. Kuitujen upotus ulottuu ainakin kuitujen päistä eristettyjen paikkojen yli. Kuitenkin kuidut ovat edullisesti esillä olevassa elementissä upotetut koko pituudeltaan sanottuun materiaaliin.

67927

Lenkin muodostamiseksi esillä olevan elementin päihin tarkoitetut liitinelimet ovat edullisesti ainakin yksi tartuntaholkki, jonka reunat on pyöristetty kuitujen ulostulokohdissa. Tällä pyöristyksellä on se etu, että hoikin reunat eivät voi leikkautua kuitukimppuun. Kuitukimpun paksuus on nimittäin hoikin korkean paineen vaoksi sen sisällä jonkin verran pienempi kuin hoikin ulkopuolella, missä kuitukimppu ei ole paineenalaisena ja siksi kuitukimpun ulommaiset kuidut hoikista ulos tullessaan taipuvat ulospäin. Koska kuidut nyt elementtiä vetojännitykseen saatettaessa kiristyvät, voisi terävä-reunainen holkki kuitujen hoikista ulostulopaikalla ilman muuta leikkautua kuituihin, mikä sitten johtaisi ensiksi näiden ulompien kuitujen murtumiseen ja elementtiä hyvin voimakkaasti kuormitettaessa ulompien kuitujen rikkoutumien aiheuttaman kantavan poikkileikkauksen vähentyessä voisi johtaa tällä kohdalla koko kuitukimpun murtumiseen. Teräväreunaisen hoikin aiheuttamaa ulompien kuitujen murtumista sellaisessa paikassa nopeuttaa käytännössä sekin, että ulos jännitettyyn köyteen kohdistaa tuuli keinuntaa, jonka napana käytännössä on köyden liitoskohta ja siten tartuntaholki11a muodostetussa pääte-silmukassa köyden ulostulokohta tartuntaholkista. Tässä napakohdassa köysi taipuu jatkuvasti edestakaisin.

Jos yleensä tartuntaholkin puristusta kuitukimppua vasten ei voida tehdä riittävän suureksi, jotta varmuudella varmistettaisiin, ettei kuitukimpun pää luiskahda tartuntaholkista ennenkuin kuitujen vetolujuus saavutetaan, silloin voidaan tietty raja-arvo ylitettäessä vähentää sellaista kuitukimpun luiskahtamista tartuntaholkista aiheuttavaa vetovoimaa kuitukimpun päässä siten, että esillä olevan elementin tartuntaholki11a muodostettu päätysilmukkaa järjestetään useampana kierteenä rengasmaiseksi. Siten voidaan huomattava osa kokonaisuudessaan elementtiin vaikuttavasta vetovoimasta siirtää suoraan silmukkaan niin, että tartuntaholkkiin vaikuttava vetovoima vastaavasti vähenee. Rengassilmukka voidaan sitten edullisesti yhdistää köysisilmukkaan niin, että myös tartuntaholkin ja rengassilmukan välissä olevat silmukan osat ohjataan rengassilmukan kanssa yhdistetyn köysisilmukan läpi.

Esillä oleva elementti voidaan edullisesti sään vaikutuksia ja muita ulkopuolisia vaikutuksia vastaan varustaa kuituja ympäröivällä suoja-vaipalla, joka on edullisesti polyuretaania. Etenkin, kun esillä oleva elementti muodostetaan tankomaisesti keskenään samansuuntaisista 7 67927 kuiduista, on sellainen suojavaippa oleellinen etu, koska se tällöin vielä lisäksi pitää kuitukimppua yhdessä. Tosin kuitukimppu pysyy koossa upotusmateriaalinsa ansiosta silloin, kun se on kokonaan upotettu tähän materiaaliin, mutta elementin taipumapaikoissa luonnollisestikin kuitukimpun koossapysyvyys sanotun materiaalin ansiosta katoaa siksi, että tämä materiaali hajoaa siellä jauheeksi useimmin taipumakuormituksen alla kuten esim. köyden heiluessa. Suojavaippa pitää sitten sellaisissakin paikoissa kuitukimpun vielä koossa ja vaikuttaa muutoinkin elementin liian voimakkaita taipumisia vastaan. Esillä olevassa elementissä voi suojavaippa sitä paitsi vaikuttaa tartuntapaikassa kuitukimppuun siirrettyä vetovoimaa kohentavasti. Sillä jos tartuntaholkki ei tartu välittömästi kuitukimppuun, vaan sitä ympäröivään suojavaippaan, ei tälle siirrettävälle vetovoimalle tuleva kitkakerroin enää ole kitkakerroin kuitukimpun ja tartuntahol-kin välillä, vaan kitkakerroin kuitukimpun ja suojavaipan välillä. Esillä olevassa elementissä kitkakerroin kuitukimpun ja suojavaipan välillä on säännönmukaisesti suurempi kuin kitkakerroin kuitukimpun ja sille suoraan järjestetyn tartuntaholkin välillä, koska jauheen muodostavat kiteet, joiksi kuitujen upotusmateriaali suuren paineen alla hajoaa, elementtiä kuormitettaessa ilmenevän, jo mainitun kiteiden kiilautumisen vuoksi kidesärmillään aikaansaavat suoja-vaipan sisäpintaan paremman pitävyyden kuin tartuntaholkin metalliseen sisäpintaan. Kuitenkin on edellytyksenä, että suojavaipan materiaali on kyllin vastustuskykyistä, jotta se voisi kestää kiteiden vaipan sisäpintaan siirtämän voiman myös elementin korkeimmilla vetokuormituksilla, mikä on aikaansaatavissa ilman muuta valitsemalla sopiva materiaali suojavaipan raaka-aineeksi.

Edelleen keksinnön kohteena on esillä olevan elementin käyttö ulkoil-majohtimen kannattimeksi, jolloin elementtiä ja kaapelia ympäröi yhteinen niitä yhdistävä suojavaippa, joka käsittää edullisesti kaksi vastakkaisesti suljettua kanavaa, toisaalta kuiduille ja toisaalta kaapelin johtimille. Tällä käyttöalueella on esillä olevalla elementillä ratkaisevia etuja tähän saakka samaan tarkoitukseen käytettyihin teräsvaijereihin nähden, koska sen vetolujuus on suurempi ja venymä pienempi kuin vastaavanläpimittaisen teräsvaijerin. Sen riippumaveny-vyys on pienempi kuin teräsvaijerin ja tähän mennessä teräsvaijereiden yhteydestä tuttu korroosio tartuntaholkkien alueella jää pois. Niinikään on etuna upottamattomiin köysiin nähden kuitukimpun päiden poisluiskahtamattomuus tartuntaholkeista. Niinikään esillä olevassa u.. __ 8 6792? elementissä on köysiripustuksen murtumavaara poistettu täysin.

Esillä olevan keksinnön erästä suoritusesimerkkiä selitetään seuraa-vassa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 esittää ulkoilmajohtimen kannattimena käytetyn ja siihen yhdistetyn keksinnön mukaisen elementin pääkappaletta, jossa on tartuntaholkilla yhdistetty pääsilmukka johtimen ripustamiseksi.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista yhdistelmää leikkauksena linjaa I-I pitkin.

Kuvio 3 esittää esillä olevan elementin erään suoritusmuodon ominais-kuormituskäyrää, jolloin keinokuidut on upotettu luonnonhart-siin suhteena päätysilmukkaan koossapitävän tartuntaholkin pituuden ja kuitukimpun läpimitan välillä verrattuna esitettyihin elementin oiminaiskäyriin käytettäessä kuitujen tekohartsiupotusta sekä sellaiseen elementtiin, verrattuna, jota ei ole upotettu ensinkään.

Kuvion 1 esittämässä ulkoilmajohtimen 1 kannattimena käytetyssä elementissä 2 on järjestetty tankomaisesti keskenään samansuuntaisia keinokuituja 3, jotka ovat aromaattista polyamidia ja vet.olujuudel-taan 300 kg/mm , kimmomoduliltaan 13400 kg/mm , murtumavenvvyydeltään 3 2,6 % ja ominaispainoltaan 1,45 g/cm . Ne on upotettu kolofoniin ja ympäröity polyuretaanisella suojavaipalla 4, joka ympäröi myös ulkoilmajohtimen 1 johtoja 5 ja siten yhdistää kaapelin 1 ja elementin 2 keskenään. Kuten kuvion 2 läpileikkauksesta näkyy, on elementin 2 johtimeen 1 yhdistävään suojavaippaan 4 tehty kaksi keskenään suljettua kanavaa 6 ja 7 elementin 2 kuituja 3 ja toisaalta johtimen 1 johtoja 5 varten. Suojavaipan 4 kanavan 6 muodostava, keinokuituja 3 ympäröivä osa 8 on yhdistetty kanavan 7 muodostavaan, johtoja 5 ympäröivään suojavaipan 4 osaan 9 yksikappaleiseksi siltamaisella suojavaipan 4 osalla 10. Kuvion 1 mukaisessa päätykappaleessa tämä yhdyssilta 10 on elementin 2 ja johtimen 1 välillä leikattu ainakin silmukan muodostamiseksi tarvittavalta matkalta, jolloin leikkauksen päässä 11 on tarkoituksenmukaisesti kuviossa 1 esittämätön kuori tai muu johdinta ja elementtiä ympäröivä ja siten kiinteästi yhdistävä laite estämään sillan 10 repeämistä edelleen päästä 11 lähtien. Sil- 6792?

Ian 10 leikkauksella syntyneeseen elementin 2 vapaaseen päähän on muodostettu ulkoilmajohtimen ripustamiseen käytetty silmukka 12, jota pidetään koossa tartuntaholkilla 13. Tartuntaholkin 13 ja leikkauksenpään 11 välimatka on säännönmukaisesti suurempi kuin kuviossa esitetty, mutta silmukan 12 pituus sovitetaan suhteessa elementin 2 ja johtimen 1 läpimittaan.

Kuiduista 3 muodostuva kuitukimppu on kooltaan 106500 denieriä, mikä vastaa 8,15 mm tehokasta kuituläpimittaa. Kuitujen 3 muodostaman kuitukimpun läpimitta on täysin yhdessä olevilla kuiduilla noin 3,4 mm. Tehollisesti 8,15 mm kuituläpimitästä ja kuitujen 300 kg/mm vetolujuudesta saadaan kuitukimpun kuormitusrajaksi, ts. murtumara-jaksi 2445 kg, mutta kuitenkin elementin 2 lisäkuormituksella 2500 kg:n voimalla ei vielä seuraa elementin 2 ts. kuitujen 3 muodostaman kuitukimpun murtumista eikä elementin 2 pään 14 luiskahtamista tartuntaholkista. Tartuntaholkki 13 on 75 mm pitkä ja sen ulkoläpi-mitta kokoonpuristamisen jälkeen on noin 8 mm ja se puristetaan kokoon 30 tonnin voimalla. Suojavaipan 4 kuituja 3 ympäröivän osan 8 seinä-mäpaksuus on noin 1 mm, joka kuitenkin tartuntaholkin 13 sisällä vähenee puoleen. Kuitujen 3 muodostaman kuitukimpun upottaminen kolofoniin tapahtuu siten, että kuitukimppu ennen päällystämistä viedään eetteriin liuotettuun kolofonikylpyyn ja kuivataan ts. kovetetaan sitten kuumemmassa lämmössä. Silloin on käytetty keinona siihen, että kaikki kuidut joutuisivat samalla tavoin kolofonin kanssa tekemisiin ja että liiallinen liuos poistettaisiin kuiduista sitä, että kuitukimppu vedetään esim. kalibrointisuuttimen kautta kylvystä. Kolofonin liuotinaineeksi käytetään osaksi myös alkoholia, mutta tässä tapauksessa kestää kuivaamis- eli kovettamisprosessi jonkin verran kauemmin kuin eetteriä käytettäessä. Yleensä on myös mahdollista, että kuitukimppu vedetään sulan kolofonin läpi, koska kuidut ovat lämpötilassa, joka on yli kolofonin sulamispisteen. Tällöin kuitenkaan ei ole varmistettavissa, että kaikki kuidut joutuvat yhtä lailla kolofonin kanssa tekemisiin. Tiettyjä vaikeuksia silloin aiheuttaa myös ylimääräisen sulatteen poistaminen.

Käytännön kokeet kuvioiden 1 ja 2 esittämien ulkoilmajohdinten parissa ovat osoittaneet, että johtimen ripustaminen esillä olevaan elementtiin pätee kaikkien vaatimusten osalta. Tämä täsmää yhtä lailla säänkestavyyteen kuten myös kuormituskysymyksiin nähden johtimen heiluessa kovassa tuulessa, johtimen jäätyessä jne. Sanotuissa kokeissa 10 67927 silmukat 12 oli varustettu köysilenkeillä. Näiden ulkoilmajohtimien tutkimukset kokeiden jälkeen osoittivat» että kolofoni oli hajonnut silmukan pään 11 alueella» kummaltakin puolelta tartuntaholkkia 13 sekä sen sisällä ja silmukan 12 silmukkakaaren 15 alueella, mikä näillä alueilla johtuu suuresta paine- ja taipumakuormituksesta, joka kohdistuu kuitukimppuun. Kuitenkaan näilläkään alueilla ei ollut havaittavissa mitään vakavampia viottumia kuten kutumurtumia jne.

Kuviossa 3 on vertailun vuoksi esitetty vielä ominaiskuormitettavuus riippuen suhteesta tartuntaholkin pituus/kuitukimpun läpimitta käytettäessä esillä olevaa elementtiä kuitujen luonnonhartsiupotuk-sella (kolofoniupotus) sekä mainitunlaista elementtiä kuitujen keino-hartsiupotuksella sekä upottamattomin kuiduin valmistettua vastaavaa elementtiä. Tästä kävrästöstä on havaittavissa, että kuitujen luonnonhartsiin upottaminen, siis esillä olevassa elementissä aikaansaa tartuntaholkin pituudella, joka on yli kymmenkertainen kuitukim-pun läpimittaan nähden, elementille sellaisen kuormitettavuuden, joka riippuu vain kuitukimpun vetolujuudesta. Myöskään enää ei silloin ilmene vaaraa kuitukimpun pään luiskahtamisesta tartuntahol-kista. Käytettäessä lyhyempiä tartuntaholkkeja kuitukimppu luiskahtaa tartuntaholkista niin pian kuin elementin ominaiskuormitus ylittää kyseistä holkkipituutta käytettäessä käyrän "luonnonhartsiupotus" antaman ominaiskuormituksen. Silloin on elementin ominaiskuormituk-sena tartuntaholkin koossapitävään silmukkaan tarttuvan vetovoiman suhde kuitukimpun erillisten kuitujen läpimittojen summan edustamaan kuitukimpun tehokkaaseen läpimittaan.

Käyrän "luonnohartsiupotus" vertaaminen käyriin "keinohartsiupotus" ja "ei upotusta" vertaaminen osoittaa, että tartuntaholkin ja kuitu-kimpun välinen kitkakerroin esitetyillä holkinpituusalueilla on luonnohartsiupotuksessa noin kolme kertaa niin suuri kuin upotta-mattomassa tapauksessa ja keinohartsiupotuksessa noin kaksi kertaa niin suuri kuin ilman upotusta. Käytettäessä pitempää tartuntaholkkia kuin 10 kertaa kuitukimpun läpimitta, nämä säännöt eivät enää päde, koska käyrät, kuten kuvion 3 käyrästöstä näkyy, eivät ole suoraviivaisia, vaan käyriä ja tähän mennessä selittämättömistä syistä käytettäessä hyvin pitkiä tartuntaholkkeja pyrkivät raja-arvoon, joka vain kuitukimppua luonnonhartsiin upotettaessa on kuitujen mur-tumarajan yläpuolella ja käytettäessä keinohartsiupotusta tai jättämällä upottamatta on kuitenkin kuitujen murtumarajan alapuolella.

11 67927 Tämä tähän mennessä selittämätön ilmiö aikaansaa kuitenkin sen, että kuitukimppua keinohartsiupotettaessa ja sen ollessa ilman upotusta ei kuitukimpun koko vetolujuuden hyväksikäyttö ole mahdollista, koska kuitukimppu elementin kuormituksen noustessa jo ennen vetolujuuden ts. murtumarajan saavuttamista luiskahtaa pois tartuntahol-kista.

Kuviossa 3 esitetty käyrästö pätee kaikilla holkkipituuksi11a, kun o niiden puristusvoima vasten kuitukimppua on 18 kg/mm . Käytettäessä suurempia puristusvoimia, joita alumiiniholkeilla tuskin voidaan saavuttaa kohoavat käyrästöstä nähtävät arvot korkeamman paineen 2 suhteessa 18 kg/cm nähden. Tartuntaholkin kohdistaessa kuitukimppuun alle 18 kg/mm painetta käyrästöltä luettavat arvot vähenevät alemman 2 paineen suhteessa 18 kg/mm nähden.

Keskimääräinen kitkakerroin tartuntaholkin ja kuitukimpun välillä on kuvioissa esitetyn käyrästön mukaan 0,435 luonnonhartsia käytettäessä, 0,28 keinohartsin osalta ja 0,15 ilman upotusta.

Kuvion 3 käyrästöstä on vielä todettava, että käytettäessä pyöristetty-reunaista tartuntaholkkia on otettava huomioon vain sanotun hoikin kantava osuus, siis reunojen pyöristyksen leveys on jätettävä huomioimatta. Edelleen on keinohartsiupotuksesta puhuttaessa todettava, että silloin siitäkin tosiasiasta huolimatta, että tässä käyrästössä keinohartsiupotuskäyrä pyrkii kuitujen murtumapisteen alla olevaan raja-arvoon voi ilmetä kuitukimpun katkeamista ennen sen luiskahtamista tartuntaholkista ja etenkin silmukan kaariosassa ja teräväreu-naisia tartuntaholkkeja käytettäessä niiden reunojen luota. Kuitenkin sellaisissa tapauksissa ominaiskuormitus katkeamishetkellä on kuitujen ominaiskuormitettavuuden ts. murtumarajan alapuolella. Syyt tähän ovat samat kuin jo on selitetty tunnettujen epoksidihartsien yhteydessä.

Lopuksi huomautettakoon vielä, että suoritettaessa vetokuormituskokei- ta kuvion 3 käyrästöä tehtäessä käytettiin 21300 denierin paksuisia tankomaisesti keskenään samansuuntaisesti järjestettyjä aromaattisia 2 polyamidia olevia kuituja, joiden vetolujuus oli 300 kg/mm , kimmo- 2 3 moduli 13400 kg/mm , murtovenymä 2,6 % ja ominaispaino 1,45 g/cm .

Edelleen kuitukimpun läpimitta yhteenpuristettuna oli 1,5 mm ja tehol- linen kuituläpimitta kuitukimpussa noin 1,65 mm ja että käytetty 12 67927 kuitukimppu varustettiin molemmista päistään tartuntaholki11a kootuilla silmukoilla eikä ollut varustettu vaipalla.

il

Claims (13)

13 67927

1. Vetovoimien siirtämiseen tarkoitettu elementti, johon kuuluu usei- 2 ta sileäpintaisia keinokuituja, joiden vetolujuus on yli 200 kg/mm 2 ja kimmomoduli yli 3000 kg/mm sekä murtovenymä alle 10 % ja jotka on ainakin osalta pituuttaan upotettu kuituja yhdistävään ja kuitu-kimpun pinnan kitkakerrointa korottavaan aineeseen estämään niiden luiskahtamista sileän pintansa vuoksi voimansiirtokohdassa, tunnettu siitä, että aine, johon kuidut upotetaan, on ainetta, joka hajoaa rasitusalueella jauheeksi paine- ja/tai taivutus-rasituksessa, joka ylittää sen murtumarajan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elementti, tunnettu siitä, että upotusaine on paine- ja/tai taivutusrasituksessa murtumarajansa yläpuolella jauheeksi hajoavaa hartsia.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elementti, tunnettu siitä, että hartsi on kokonaan tai ainakin valtaosaltaan luonnonhartsia.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen elementti, tunnettu siitä, että luonnonhartsi on kolofonia.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen elementti, tunnet-t u siitä, että keinokuidut muodostuvat muovista, edullisesti orgaanisesta polymeeristä.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen elementti, tunnettu siitä, että muovi on aromaattista polyamidia ja kuiduilla on edullisesti ai- 2. nakin 250 kg/mm vetolujuus, ainakin 10000 kg/mm kimmomoduli ja alle 3 % murtovenymä.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen elementti, tunnettu siitä, että keinokuidut on järjestetty tankomaisesti keskenään samansuuntaisesti.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen elementti, tunnettu siitä, että keinokuidut on punottu.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen elementti, tunne t t u siitä, että ainakin sen kummallakin pääalueella kuitujen 67927 14 erottamissa paikoissa on järjestettynä silmukat, jotka on aikaansaatu muodostamalla edullisesti pyöreä tai silmukkamainen lenkki tartunta-elimen avulla ja että kuitujen upotus ulottuu ainakin tälle alueelle.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen elementti, tunnettu siitä, että tartuntaelimeen kuuluu ainakin yksi tartuntaholkki, jonka reunat on kuitujen ulostulopaikoissa pyöristetty.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen elementti, tunnettu siitä, että silmukka on tehty kiertämällä se useampaan kertaan pyöreäksi lenkiksi.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen elementti, tunnettu siitä, että se on sään vaikutusten ja muiden ulkoisten vaikutusten varalta varustettu kuituja ympäröivällä suojavaipalla, joka edullisesti on polyuretaania.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukaisen elementin käyttö ulko-ilmajohtimen kannattimena, tunnettu siitä, että elementti ja johdin sijoitetaan yhteiseen, niitä yhdistävään suojavaippaan, joka muodostaa edullisesti kaksi toisistaan eristettyä kanavaa, toisaalta elementin kuiduille ja toisaalta johtimen johdoille. Il 15 67927