KR101495343B1 - 합성 섬유 로프 - Google Patents

Abstract

상기 합성 섬유 로프는 파손 한계까지 도달할 수 있고 또한, 새로운 종류의 서스펜션 수단의 경제성이 더 완전히 이용될 수 있고 또는 사용자는 그 요구에 필요한 로프의 마모상태를 감지하기 위한 민감성을 설정할 수 있기 때문에, 표시 섬유 또는 표시실을 가진 스트랜드는 그 응답 거동 면에서 더 잘 조정될 수 있어야 하며, 상기 스트랜드의 표시섬유는 전기 전도성을 쉽게 손실하고, 그러므로 케이블 마모를 감지한다. 표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 가지는 스트랜드의 매트릭스는 다른 스트랜드의 매트릭스보다 내마모성이 약하다.

Description

합성 섬유 로프 {SYNTHETIC FIBER ROPE}

본 발명은 본 발명의 독립 청구항의 정의에 따라, 하나 이상의 스트랜드 층에 배열되는 스트랜드로 구성되고, 이 스트랜드는 꼬여진 실로 이루어지며, 이 실은 합성 섬유로 이루어지고, 상기 하나 이상의 스트랜드는 로프의 사용수명을 감시하기 위해 표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 포함하는 하나 이상의 스트랜드 층을 가지는 합성섬유에 관한 것이다.

특허 출원 EP 1 371 597 A1 에는 엘레베이터용 서스펜션 수단으로 사용되는 외장 로프가 알려져 있다. 이 로프는 내부 스트랜드 층과 외부 스트랜드 층을 가지는데, 이 스트랜드 층은 몇 개의 꼬여진 스트랜드로 구성되고 내부 스트랜드 층의 꼬임 방향은 외부 스트랜드 층의 꼬임 방향과 반대이다. 내부 스트랜드 층의 인장 강도는 외부 스트랜드 층의 인장 강도보다 크다. 각 스트랜드는 꼬여진 함침 아라미드 합성 섬유로 구성된다. 외부 스트랜드 층의 수명은 내부 스트랜드 층의 수명보다 짧다. 상기 로프를 감시하기 위하여, 개별적인 외부 스트랜드 층의 스트랜드에 전기 전도성 와이어가 제공되고, 모든 인접한 두 스트랜드에는,서로 마찰하여 로프의 사용수명이 다한 것을 또는 수명의 만료를 즉각적으 로 감지하는 전기 전도성 와이어가 제공된다.

특허 출원 EP 0 731 209 A1 에는 엘리베이터용 서스펜션 수단으로 사용되는 외장 로프가 알려져 있다. 이 로프는 내부 스트랜드 층과 외부 스트랜드 층을 가지는데, 스트랜드 층은 몇 개의 꼬여진 스트랜드로 구성되고, 외부 스트랜드 층의 꼬임 방향과 내부 스트랜드 층의 꼬임 방향은 같은 방향이다. 각 스트랜드는 꼬여진 함침 아라미드 합성 섬유로 구성된다. 로프의 사용수명 또는 합성 섬유 로프의 마모상태를 감시하기 위해, 스트랜드 층의 하나의 스트랜드에는 전기 전도성 탄소 섬유가 제공된다. 일반적인 작동에 있어서, 과도하게 늘어나거나 과도한 횟수의 역방향 휨 때문에, 탄소 섬유는 항상 스트랜드의 하중지지 아라미드 섬유보다 항상 빨리 끊어지거나 파손된다. 전압원의 도움으로, 끊어진 탄소 섬유의 갯수를 알 수 있다. 따라서, 합성 섬유 로프의 잔여 하중지지 용량을 확인할 수 있기 때문에, 특정 퍼센트의 탄소 섬유만이 기능을 못하게 된다. 그러면, 엘리베이터는 미리 정해진 정지 위치로 가서 작동 중단된다.

여기서, 본 발명이 해결방안을 제시한다. 청구범위 제 1 항에 특징 지어진 본 발명은 로프 사용수명을 감시하기 위한 증가된 민감성을 지닌 합성 섬유 로프를 실현하는 과제를 해결한다.

본 발명의 더 이로운 개선점은 종속항에 기재되어 있다.

모든 합성 섬유 로프, 특히 외장으로 둘러 싸여진 로프의 기본적인 문제는 로프 사용수명을 감시하는 것이다.

현 기술 상태에 의하면, 탄소 섬유는 로프의 하중상태에 따라 선택 및 배열된다. 이 방법의 단점은 조절되어야 할 파라미터가 서로에 최적으로 맞게 될 수가 없으며 또한 서스펜션 수단을 충분히 위험한 상태가 되지 않기 위해서 너무 조기에 교체되야 한다는 것이다. 엘리베이터 건설에 있어서, 서스펜션 수단의 역할을 수행하는 합성 섬유 로프는 정상 파단강도에 비해 여분의 파손력의 60 % 에서 80 % 의 범위까지 사용된다. 상기 지점에 정확히 도달하면 할수록, 경제적으로 서스펜션 수단을 이용할 수 있다.

합성 섬유 로프의 종류, 사용분야 및 안정성 요건에 따라 합성 섬유 로프의 표시 스트랜드의 감시 민감성에 대한 요건이 증가된다. 상기 요건에 따른 정확한 응답 거동과 재현성이 본 발명에 따른 합성 섬유 로프의 이로운 특징이다. 엘리베이터용 서스펜션 수단으로 사용되는 합성 섬유 로프는 로프 스트랜드에 결합된 탄소 섬유의 실 (yarn) 에 의하여 전기적으로 영구 감시된다는 것은 알려져 있다. 이는 합성 섬유 로프는 예를 들어 로프의 소켓 안에 있는 부분과 같이 보 이지 않는 부분을 포함한 전체 길이에 걸쳐 감시된다는 이점이 있다. 상기 합성 섬유 로프는 로프내의 마멸 마모를 감지하고 외부로부터 작용하는 손상을 신뢰적으로 감지하여, 필요에 따라 신속하고 손상없이 응답할 수 있는 엘레베이터 제어기와 지속적인 연결을 통해 최대한의 안정성을 엘레베이터 사용자에게 제공한다.

현재 서스펜션 수단의 감시에 대한 요구가 과거에 비해 상대적으로 증가해왔다. 따라서, 상기 합성 섬유 로프는 파손 한계까지 도달할 수 있고 또한, 새로운 종류의 서스펜션 수단의 경제성이 더 완전히 이용될 수 있고 또는 사용자는 그의 요구에 필요한 로프의 마모상태를 감지하기 위한 민감성을 설정할 수 있기 때문에, 표시 섬유를 가진 스트랜드는 그 응답 거동 면에서 더 잘 조정될 수 있어야 하며, 상기 스트랜드의 표시섬유는 다수의 역휨과 여분의 파손력에 따라 전기 전도성을 쉽게 손실하고, 그러므로 로프의 마모를 감지할 수 있다.

표시 실 또는 표시 섬유는 예를 들어, 광 전도성 섬유나 전기 전도성을 지니는 금속 코팅 테크니컬 섬유, 탄소 섬유 등과 같은 전도성이 있는 어느 소재든지 가능하고, 직접 접촉하는 섬유는 상기 하중지지 섬유보다 더 빨리 마모된다.

영구적인 감시를 위해서, 상기 전도성 표시 섬유는 로프 단부에서 접촉되어 장치에 연결된다. 로프의 일단부에서, 표시섬유는 신호 송신기에 연결되어 있고, 로프의 타단부에서는 표시섬유가 신호 수신기에 연결되어 있다. 송신신호는 신호수신기에 의해 측정되며, 표시 섬유의 상태는 측정되었거나 부재하는 신호에 기초하여 평가된다. EP 0 731 209 A1 은 전기 신호로 감시하는 표시 섬유의 한 예를 나타낸다.

합성 섬유 로프는 서로 다른 층에 배열되는 다수의 꼬인 스트랜드로 구성되며, 각 스트랜드는 예를 들어 1000 개의 합성 섬유로 구성된 꼬인 실로 구성된다. 가공하지 않은 실은 일방향 합성 섬유로 이루어지거나, 보다 나은 가공성을 위해, 공장에서부터 이미 보호 꼬임 (예를 들어, 미터당 15회전) 을 갖게 된다. 일반적으로, "섬유" 란 길이와는 관계없이 모든 직물 섬유 소재를 총칭하는 용어이다. "필라멘트" 는 길이가 상당히 길거나 실질적으로 무한한 직물 섬유를 제조하는 화학 섬유에 사용되는 용어이다. 상기 스트랜드에서 실의 꼬임 방향은 예측되어지므로, 개별적인 섬유는 로프의 인장 방향 또는 로프의 길이 방향 축선을 따라 유리하게 정렬된다. 상기 합성 섬유로프는 예를 들어, 아라미드 섬유 또는 관련된 종류의 섬유, 폴리에틸렌 섬유나 폴리에스테르 섬유나 유리 섬유 등과 같은 화학 섬유로 구성될 수 있다. 상기 합성 섬유 로프는 하나 또는 둘 또는 셋 또는 셋 이상의 스트랜드 층으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 스트랜드 층의 적어도 하나의 스트랜드는 로프의 사용수명을 감시하는 표시 섬유나 적어도 하나의 표시 실을 가진다.

본 발명에 의하면, 상기 적어도 하나의 표시 섬유나 표시 실을 가진 스트랜드를 둘러싸는 매트릭스라고도 불리는 플라스틱은 다른 스트랜드의 매트릭스 보다 내마모성이 약하다.

본 발명에 따른 합성 섬유 로프에서, 표시 섬유나 표시 실을 갖는 스트랜드의 상기 스트랜드를 둘러싸는 매트리스 소재나 수지는 인접하거나 다른 스트랜드의 매트릭스 소재 (예를 들어, 쇼어 경도 스케일D) 보다 더 연질의 플라스틱 (예를 들어 쇼어 경도 스케일 A) 으로 구성되며, 이 결과 이들 스트랜드는 표시 섬유나 표시 실을 가지지 않은 스트랜드에 비해 내 마모성이 낮게 된다. 연질 플라스틱의 대안으로 매트릭스 소재를 연화제로 함침시킬 수 있다. 이를 위해, 이미 알려진 연화제가 사용될 수 있다. 표시 섬유를 갖는 상기 스트랜드의 더 불량한 마모거동 때문에, 굽힘시 발생하는 인접한 스트랜드에 대한 움직임을 통해 상기 스트랜드에 있어서 표시 섬유가 빨리 마모되어 더욱 빨리 파손된다. 표시 섬유나 표시 실을 가진 스트랜드는 의도된 파단점으로 작용한다. 표시 섬유나 표시 실을 가진 스트랜드는 이하 "표시 스트랜드" 라 칭한다. 선택된 연화제의 종류와 양에 따라, 마모의 증가를 제어할 수 있다.

프탈레이트와 에디페이트가 스트랜드를 더 연하게, 횡방향 강성을 더 약하게, 내마모성을 더 약하게 만드는 전형적인 연화제이다. 표시 스트랜드의 매트릭스의 중량비를 1 % ~ 30 % 로 선택함으로써, 상기 매트릭스는 인접 스트랜드에 비하여 "더 연하게" 되고, 연질의 정도에 따라 연화제의 양을 증가시킴에 따라 마모거동은 악화된다.

더 나아가, 인접 스트랜드 또는 다른 스트랜드 (표시 섬유나 표시 실이 없는 스트랜드) 의 매트릭스 소재는 표시 스트랜드의 매트릭스 소재와 동일하며, 표시 스트랜드에 대한 마찰을 줄이는 첨가제로 함침될 수 있다.

추가되는 첨가제의 예로는 왁스 또는 적은 양의 테프론 (섬유 함량을 제외한 상기 매트릭스의 고형물 함량에 대해 1 % ~ 3 % 의 왁스 또는 5 % ~ 15 % 테프론 파우더) 이 있다.

또한, 경도와 내마모성이 감소할 때까지 플라스틱 매트릭스가 악화되도록, 제조시 인접 스트랜드의 매트릭스 소재와 동일한 표시 섬유의 매트릭스 소재를 처리할 수 있다. 이는 230°이상의 온도에서 20 초 이상의 처리 시간으로 표시 스트랜드를 온도 처리함으로써 달성된다. 상기 온도의 결과로, 소재 특성에 필요한 긴 분자 사슬이 분자가 냉각시 더 이상 완전히 재결합하지 않을 정도까지 분리된다. 이러한 과정을 지원하기 위해, 상기 분자 사슬의 완전한 재결합을 막는 물분자를 스트랜드 매트릭스에 첨가할 수 있다. 물 분자 대신에, 재결합을 저해하거나 막는 다른 분자들도 가능하다. 매트릭스의 초기 악화가 일어나 내마모성이 현격하게 저하되어, 표시 섬유나 표시 실의 파손이 유발된다. 마모보호는 계획된 방식으로 악화된다.

상기 표시 섬유나 표시 실은 상기 스트랜드의 표면 근처에 위치하여 합성 섬유나 합성 섬유 실의 나선형구조에 관여한다. 더 연질인 스트랜드 매트릭스 때문에, 표시 섬유나 표시 실은 완전히 마모된다. 그러므로 상기 하중지지 스트랜드의 영구적인 감시는 다른 하중지지 스트랜드가 영향을 받기 전에 중단되고 마모로 감지된다. 이리하여, 표시 스트랜드는 파단 연신까지의 상이한 신장때문에 상이한 성능을 가질 뿐 아니라, 상기 매트릭스의 상이한 경도의 결과로 신뢰적인 파손 가능성이 발생된다 ( 파단 신장은 섬유나 실 또는 스트랜드가 파단될 때까지의 신장이다).

흡수되는 하중이 인접 스트랜드의 하중보다 크게 되도록 다층 합성 섬유 로 프에 상기 표시 스트랜드를 위치시킬 수도 있다. 예를 들어, 3 개의 스트랜드 층을 가지는 합성 섬유 로프에서 2 개의 안쪽 동심 스트랜드 층이 하중을 더 많이 흡수하게 되는데 그 이유는 맨 바깥쪽 층에 대한 꼬임 길이는 일정하지만, 상기 합성 섬유 로프의 중심점에 대한 꼬임 각은 일정하게 감소하기 때문이다. 꼬여진 로프에서, 스트랜드는 상당히 경사져 있는데, 그 결과 층에 따라 스트랜드가 더 짧거나 더 길게 된다. 기하학적 한계로, 가장 안쪽의 스트랜드는 가장 짧고, 그러므로 더 큰 하중을 지지할 수 있다. 그러므로, 두 안쪽 스트랜드 층의 개별적인 스트랜드에 추가의 표시 섬유와 표시 실을 배열하는 것이 권장된다. 3층 로프의 경우, 가운데 스트랜드 층은 감김 반지름이 다르고 따라서 휨 속도 역시 다르기 때문에 더 높은 응력 하중을 받게 되므로 이 가운데 스트랜드 층이 선호된다.

또한, 표시 섬유가 없는 스트랜드의 스트랜드의 구조에 있어서, 뛰어난 동적 역방향 휨 능력을 갖는 합성섬유를 사용할 수 있다. 표시 스트랜드의 표시 실에 있어서, 표시 섬유 (예를 들어, 탄소 섬유) 는 합성 섬유 (예컨대, 탄소섬유) 와 결합 될 수 있는데, 이 합성 섬유의 동적 역방향 휨 능력은 표시 스트랜드의 다른 합성섬유 또는 표시 섬유를 갖지 않는 스트랜드의 동적 역방향 휨 능력보다 열등하다. 작동하는 서스펜션 수단의 적용을 위해, 공중합체 (예컨대, 코폴리테레프탈아미드) 에 기초한 우수한 합성섬유가 존재하며, 이러한 조건하에서 열등하게 작용하는 섬유는 폴리-p-페닐렌테레프탈아미드로 이루어질 수 있다 (상기 동적 역방향 휨 능력이란 가변 하중하에서 역방향으로 휘어지는 능력을 말한다.)

또한, 표시 실의 구조에 있어서, 표시 섬유 (예를 들어 탄소 섬유) 는 합성 섬유와 결합 될 수 있는데, 이 합성섬유는 표시 스트랜드의 다른 합성섬유 또는 표시 실을 갖지 않은 스트랜드의 합성섬유에 비해, 높은 탄성 계수를 가진다. 표시 스트랜드에 있는 표시 실과 결합되는 합성 섬유를 위해, 예를 들어 100,000 ~ 120,000 N/mm² 의 탄성계수를 갖는 Twaron 섬유가 사용될 수 있다. 비 표시 섬유 스트랜드의 다른 섬유는 예를 들어, 76,000 N/mm² 의 탄성계수를 갖는 Technora 섬유로 구성될 수 있다.

또한 로프의 사용수명을 감시하기 위한 전술한 방안을 결합할 수도 있다. 예를 들어, 스트랜드 매트릭스를 변경하여 내마모성을 제공할 수 있으며, 동시에 표시 실은 응력과 관련하여 다른 합성 섬유보다 열등한 합성 섬유와 표시 섬유로 구성될 수 있다.

Claims (11)

1. 하나 이상의 스트랜드 층에 배열되는 스트랜드로 구성되는 합성 섬유 로프로서, 상기 스트랜드는 꼬여진 실로 이루어지며, 이 실은 합성 섬유로 이루어지고, 상기 하나 이상의 스트랜드 층의 하나 이상의 스트랜드는 로프의 사용수명을 감시하기 위해 표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 갖고,

   표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 갖는 스트랜드는 다른 스트랜드보다 내마모성이 약하고,

   표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 갖는 스트랜드의 매트릭스는 다른 스트랜드의 매트릭스보다 내마모성이 약하고,

   표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 갖는 스트랜드의 매트릭스는 인접하거나 다른 스트랜드의 매트릭스보다 낮은 쇼어 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 합성 섬유 로프.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 갖는 스트랜드의 매트릭스에 연화제가 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 합성 섬유 로프.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 갖는 스트랜드의 매트릭스는 열 처리 및/ 또는 분자의 첨가에 의해 내마모성이 악화되는 것을 특징으로 하는 합성 섬유 로프.
6. 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 갖는 스트랜드에 대한 마찰을 줄이는 첨가제가 다른 스트랜드의 매트릭스에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 합성 섬유 로프.
7. 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 갖는 스트랜드는 그의 하중 흡수력이 인접한 섬유에 비해 높게 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 합성 섬유 로프.
8. 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 합성 섬유로프의 로프 사용수명을 감시하는 방법으로서, 표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시 실을 갖는 스트랜드는 표시 섬유들 또는 하나 이상의 표시실에 의해 영구적으로 감시되는 것을 특징으로 하는 합성 섬유 로프의 로프 사용수명을 감시하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 로프의 일단부에서 표시 섬유를 감시하기 위해 표시 섬유는 신호 송신기에 연결되고 로프의 타단부에서는 표시 섬유가 신호 수신기에 연결되고, 신호 송신기의 전송 신호는 신호 수신기에 의해 측정되며, 측정된 또는 부재하는 신호에 기초하여, 표시 섬유의 상태가 평가되는 것을 특징으로 하는 합성 섬유 로프의 로프 사용수명을 감시하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 광학 또는 전기 신호에 의해 표시 섬유를 감시하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 합성 섬유 로프를 구비한 엘레베이터.