KR101667419B1

KR101667419B1 - 케이블, 합성 섬유 및 강철 와이어 스트랜드로 이루어진 조합 케이블, 그리고 플라스틱 및 강철 와이어로 이루어진 조합 스트랜드

Info

Publication number: KR101667419B1
Application number: KR1020097025674A
Authority: KR
Inventors: 이자벨 리지; 니콜라스 오히어; 오토 그라반트; 코르넬리스 아드리아누스 다스
Original assignee: 체자르 드라트자일베르크 자르 게엠베하
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2016-10-18
Also published as: WO2008141623A3; EP2476801B1; KR20100021442A; WO2008141623A2; EP2476801A3; EP2165017A2; CN101688359A; EP2476801A2; DE102007024020A1; EP2165017B1; ZA200908380B; UA101614C2; EA200901559A1; PL2165017T3; US20100071340A1; US8176718B2; JP2010527413A; EA017642B1; CN101688359B; CA2685585C

Abstract

본 발명은 꼬인 하나의 단일 필라멘트 다발 또는 꼬인 다수의 단일 필라멘트 다발로서 존재하는 고강도 합성 섬유로 이루어진 코어 케이블 및 강철 와이어 스트랜드로 이루어진 외부 층을 갖는 조합된 케이블에 관한 것으로서, 상기 조합 케이블은 상기 하나의 단일 필라멘트 다발 또는 다수의 단일 필라멘트 다발이 직경 축소되면서 팽창하고 이와 같은 상태에서 특히 꼬인 피복에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다. 그럼으로써 하중에 의해 이루어지는 코어 케이블의 팽창이 줄어들게 되고, 그 결과 케이블의 강철 횡단면과 플라스틱 횡단면 간의 부하 분포가 개선된다. 스트랜드 층의 팽창 특성이 동일한 방향으로 반대로 코어 케이블의 팽창 특성에 근사하도록 하기 위하여, 상기 케이블은 탄성 플라스틱으로 이루어진 중간층을 가지며, 상기 중간층 내부로 강철 와이어 스트랜드가 상호 간격을 두고 삽입됨으로써, 외부 층은 하중에 의해 팽창되고 방사형으로 수축된다.

Description

케이블, 합성 섬유 및 강철 와이어 스트랜드로 이루어진 조합 케이블, 그리고 플라스틱 및 강철 와이어로 이루어진 조합 스트랜드 {CABLE, COMBINED CABLE MADE OF PLASTIC FIBERS AND STEEL WIRE STRANDS, AND COMBINED STRANDS MADE OF PLASTIC AND STEEL WIRES}

본 발명은 피복에 의해 감싸져 있는 특히 꼬아진 한 다발의 단일 필라멘트 또는 꼬아진 다수 다발의 단일 필라멘트로 존재하는 고강도 합성 섬유로 이루어진 케이블과 관련이 있다.
특히 본 발명은 고강도 합성 섬유로 이루어진 코어 케이블 및 강철 와이어 스트랜드(steel wire strand)로 이루어진 외부 층을 갖는 조합된 케이블과 관련이 있다.
본 발명은 또한 고강도 합성 섬유로 이루어진 코어 및 강철 와이어로 이루어진 외부 층을 갖는 조합된 스트랜드와 관련이 있다.

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전술된 유형의 케이블, 특히 스포츠용 케이블은 사용에 의하여 합성 섬유를 보호하는 둥글게 주름을 잡은 부분을 갖는 형태로 공지되어 있다.
US 4,887,422호에 기술되어 있는 전술된 유형의 조합된 케이블은 사출 또는 감긴 상태의 코어 케이블 피복을 갖는 형태로 공지되어 있다.
전술된 유형의 조합된 스트랜드는 종래 기술이 아니다.
고강도 합성 섬유의 장점은 단독 케이블 상태로 존재할 뿐만 아니라 조합된 케이블 상태로도 존재한다는 것, 그리고 스트랜드의 중량 및 부피가 자체 강도에 비해 적다는 것이다.
상기 장점은 특히 광산의 호이스팅 케이블 또는 심해 케이블과 같은 서스펜디드 삽입물을 위한 길이가 긴 케이블에서 작용을 미친다. 그 이유는 상기와 같은 사용예에서는 순수한 와이어 케이블의 중량 자체가 이미 지지 능력의 큰 부분을 요구하기 때문이다; 유효 하중은 상응하게 제한되었다.
순수한 플라스틱 케이블과 비교한 조합 케이블의 장점은 기계적인 장애 영향들에 대하여 감도가 훨씬 더 낮다는 것이다. 그밖에 육안으로 확인할 수 있는 와이어 파열부에서는 와이어 케이블의 플레이팅 로프들을 적시에 확인할 수 있다.
예컨대 아라미드 코폴리머 3470 N/mm², 아라미드 HM(High Modulus) 2850 N/mm², 아라미드 HS(High Strength) 3350 N/mm², 아라미드 SMS(Standard Modulus) 2850 N/mm², HMPE 3400 N/mm² 및 액정 폴리에스테르 2800 N/mm²와 같은 고강도 합성 섬유의 파괴 강도는 예컨대 1770 N/mm²인 강철 와이어의 파괴 강도를 능가하여 조합 케이블의 지지 능력에 결정적인 기여를 할 수 있지만, 공지된 케이블 구조에서는 합성 코어 케이블이 부하 수용의 주요 부분을 담당할 수 있는 케이블 구성을 거의 발견할 수 없을 정도로 팽창된다는 점에서 상이하다. 전술된 섬유 재료들의 탄성 계수는 강철 와이어의 평균 탄성 계수인 200 GPa에 비해 73, 120, 60, 60, 85 또는 65 GPa에 달할 수 있다. 다른 무엇보다도 합성 섬유의 고유한 부하 수용이 지연적으로 사용된다는 사실이 부가될 수 있는데, 그 이유는 단일 필라멘트 다발이 각각의 부하에서 비로소 "세팅"되기 때문이며, 다시 말하자면 최종의 공간적인 할당은 안정된 다발 횡단면의 형성과 동시에 발견될 수밖에 없기 때문이다.

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본 발명의 과제는, 조합 케이블 내에서 이루어지는 합성 섬유로 이루어진 코어 케이블의 지지 능력을 효과적으로 확대시키는 것, 또는 합성-케이블 자체와 관련해서는 다른 방향으로 지지 능력을 증가시키는 것이다.
본 발명에 따른 상기 목적은 서문에 언급된 유형의 케이블에서 단일 필라멘트 다발(들)이 직경 축소되면서 팽창되고 이와 같은 상태에서 피복에 의해 고정됨으로써 충족된다.
피복은 코르셋과 동일하게 전술된 팽창시에 형성되는 단일 필라멘트 다발의 횡단면을 고정시킨다. 그럼으로써, "세팅" 과정은 부하 수용 전에 또는 부하 수용 처음에 적어도 광범위하게 제거되며, 이 세팅 과정은 단 한 번으로 종료된다. 훅의 법칙(Hooke's law)에 따라 합성 섬유의 탄성적인 팽창과 더불어 이루어지는 정상적인 부하 수용은 즉시 시작될 수 있다.
조합된 케이블에서는 코어 케이블의 팽창 특성이 강철 와이어 층의 팽창 특성에 근사하다.
단독 케이블은 지지 능력이 동일한 경우에 예를 들어 10%만큼 줄어든 직경을 갖게 되는데, 다시 말하자면 직경을 기준으로 할 때에 더 큰 지지 능력을 갖는다.
본 발명의 한 가지 변형예 및 특히 바람직한 한 가지 개선예에서는, 강철 와이어 층이 코어 케이블에 적합한 본 발명에 따른 조치의 반전 버전(version)이 됨으로써, 조합 케이블의 강철 와이어 층의 팽창 특성이 합성 섬유로 이루어진 코어 케이블의 팽창 특성에 근사하게 되는 경우가 제안될 수 있다: 강철 와이어 층은 하중을 받는 상태에서 팽창될 수 있어야만 하고, 이와 같은 특성을 가능하게 하는 변경 가능한 횡단면을 가져야만 한다.
상기 버전에서 구체적인 본 발명의 조치는 케이블이 탄성적인 플라스틱으로 이루어진 중간층을 갖는 것으로서, 이 경우에는 외부 층이 하중을 받아 팽창되고 방사형으로 수축될 수 있도록 와이어 스트랜드가 상기 탄성 플라스틱 내부에 상호 간격을 두고 삽입되어 있다.
중간층의 탄성적인 탄력성 및 와이어 스트랜드의 상호 간격에 의해서는 스트랜드에 의해 기술되는 나선형 라인의 피치가 확대되면서 그 길이가 연장될 수 있으며, 이 경우에는 와이어 스트랜드의 직경 및 스트랜드 간격이 상응하게 줄어든다.
플라스틱의 탄성력으로 인해 상기 과정은 부하 경감시에는 역으로 될 수 있는데, 다시 말하자면 부하 수용이 새롭게 이루어질 때마다 원하는 효과가 나타나게 된다.
최초의 버전 그리고 본 발명에 따른 반전 버전의 장점들은 각각 개별적으로 이용될 수 있지만, 최대의 성공은 함께 이용되는 경우에 나타날 수 있다.
조합 스트랜드는 조합 케이블과 유사하게 제작될 수 있다. 그 경우에는 스트랜드의 코어 와이어 대신에 스트랜드의 코어 케이블과 유사하게 형성된, 그러나 상응하게 더 얇은 케이블이 사용된다("케이블"이라는 명칭은 구조에 따라 달라지는 단일 필라멘트 다발로 이루어진 끈들을 포함한다).
전술된 피복으로서는 고리 모양으로 땋아진 끈이 특히 적합하다. 단일 필라멘트 다발이 끈을 꼬는 기계의 출구에서는 예를 들어 단일 필라멘트 다발의 전진 이동 동작을 위한 롤러 쌍에 의해 구동되고, 상기 기계의 입구에서는 예를 들어 제동된 롤러 쌍에 의해 뒤로 걸림으로써, 상기 단일 필라멘트 다발은 끈을 꼬는 기계 내에서 간단히 팽창될 수 있고, 꼬는 동작은 압축 응력에 의해서 실시될 수 있다. 하지만, 감는 동작도 또한 생각할 수 있다.
팽창은 경우에 따라서는 횡단면 축소에 의해서도 야기될 수 있다.
전술된 중간층은 일반적으로 선행 기술에서 보급된 것과 마찬가지로 경우에 따라서는 전술된 피복상에 압출될 수 있다. 피복 및 중간층을 통일시키는 작업은 상기 피복 및 중간층이 상이한 목적으로 이용되고 그에 상응하게 상이한 특성들을 가질 수밖에 없기 때문에 어렵다. 피복은 가급적 휘기 어려워야만 하고, 중간층은 부드러워야만 한다. 중간층을 위해서는 포움 플라스틱도 고려된다.
피복에 적합한 재료들은 예를 들어 폴리에스테르 섬유이고, 중간층에 적합한 재료들은 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀 및 폴리아미드이다.
마지막으로 본 발명에 따른 코어 케이블의 한 가지 특히 바람직한 적용예로서는 특히 팽창에 대항하여 고정된 하단부를 갖는, 큰 높이 차를 두고 걸려 있는 서스펜디드 삽입물을 위한 조합 케이블, 특히 호이스팅 케이지(cage) 케이블, 심해 케이블 또는 케이블 레일 케이블이 언급되며, 이 경우 상기 조합 케이블은 와이어 케이블의 부하 특유의 토크가 상향 감소하는 방식으로 트위스트 길이가 케이블 길이에 걸쳐서 변경되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구조의 와이어 케이블은 DE 36 32 298호에 공지되어 있으며, 상기 간행물의 공개 내용은 본 출원서의 공개 내용에 포함된다.
전술된 트위스트 길이 변경에 의해서는, 케이블 중량에 의해 케이블 구조물 내부에서 야기되는 비틀림, 특히 케이블 하부 영역에 있는 스트랜드 층의 추가의 꼬임 현상이 피해질 수 있으며, 상기 꼬임 현상은 그곳에서 케이블의 길이를 단축시킬 수 있고 그로 인해 코어 케이블의 부하 수용을 저지할 가능성이 있다.
본 발명은 실시예들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.

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도 1은 다양한 재료들의 부하-팽창-다이어그램이며,
도 2는 정상적으로 꼬인 그리고 본 발명에 따라 탄성적이고 부드러운 중간층 상에 꼬인 강철 와이어 층의 부하-팽창-다이어그램이고,
도 3은 본 발명에 따른 피복을 구비한 상태의 그리고 구비하지 않은 상태의 조합된 강철 와이어-합성 섬유-케이블을 위한, 합성 섬유로 이루어진 코어 케이블의 부하-팽창-다이어그램이며,
도 4는 도 5와 같은 조합된 케이블의 코어 케이블 및 와이어 케이블 층의 부하-팽창-다이어그램이고,
도 5는 합성 섬유로 이루어진 코어 케이블 및 강철 와이어 스트랜드로 이루어진 외부 층을 갖는 조합된 케이블의 횡단면도이며,
도 6은 다른 스트랜드를 구비한 도 5에 상응하는 케이블의 횡단면도이다.

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도 1에서는 관련 재료들이 각각 곡선에 직접 표시되어 있다. 강철 와이어는 단지 하부 부하 영역에서만 훅의 법칙을 따르는데, 그 이유는 강철 와이어가 인발로 제조되어 정상적인 구조를 갖지 않기 때문이다. 보통 곡선의 하부 절반 부근에서만 활용된다.
도 2는 스트랜드 층이 정상적으로 꼬인 상태에서 도 1에 따른 강철 와이어의 곡선(상부 곡선)을 보여준다. 하부 곡선은 스트랜드가 본 발명에 따라 부드러운 중간층에 삽입한 효과를 보여주는데: 이 곡선은 대략 0.6%까지 신연되었다가 수평으로 진행한다. 신연은 감긴 스트랜드의 나선형 라인이 부하를 거의 받지 않고 직경이 줄어들면서 길이가 늘어나는 것을 포함한다. 부하는 그 후에 가해지기 시작한다.
도 3에서 알 수 있듯이, 신연이 0.5%까지 현저하다가 약해졌다가 대략 1%까지 현저해지는 전술한 세팅 과정(하부 곡선)은 본 발명에 따른 피복(상부 곡선)에 의해서 크게 제거될 수 있다. 훅의 법칙에 따른 최종적인 비례 상승이 0.5 내지 1%의 신연 사이에서만 시작함에도 불구하고, 상부 곡선은 하부 곡선과 달리 처음부터 상승한다.
본 발명에 따른 조치들을 도 5와 같은 조합된 케이블에 적용하는 적용례는 도 4에서 알 수 있다. 여기서는 도 2의 하부 곡선과 도 3의 상부 곡선이 아주 근접해있다.
도 5의 본 발명에 따른 케이블의 단면에서, 코어 케이블(1)의 피복(2)과 중간층(3)이 보이고, 강철 와이어 스트랜드(4)의 외부 층은 중간층에 프레스된다.
피복(2) 안에있는 코어 케이블(1)은 단일-필라멘트의 하나의 다발이나 다수의 다발을 포함하고, 다수의 다발은 서로 꼬여져 있다. 피복(2)은 바람직하게 폴리에스테르 실들을 직조한 것을 포함한다. 피복은 사전응력을 받은채 필라멘트 다발에 씌워진 다음에, 안정된 상태에서 필라멘트 다발과 함께 신연된다.
중간층(3)은 공지의 방식으로 코어 케이블(1)의 피복(2) 위로 압출된다. 중간층은 부드러운 탄성 플라스틱, 예를 들어 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌으로 이루어진다.
강철 와이어 스트랜드(4)는 꼬여진채 중간층(3)에 프레스되지만, 스트랜드들끼리는 서로 떨어지게 배치된다.
중간층(3)이 탄성적이고 강철 와이어 스트랜드들이 서로 떨어져 있어(도면 참조), 강철 와이어 스트랜드(4)의 층은 부하에 의해 처음에 길이는 늘어나고 직경은 줄어든다. 그 결과 스트랜드 층과 코어 케이블의 스트레인 곡선들이 서로 접근하여(도 4 참조), 스트랜드 층과 코어 케이블의 단면들이 부하를 공유하게 된다.
도 6의 케이블은 도 5의 케이블과 기본 구성이 같아, 코어 케이블(1), 직조된 꼬인 피복(2), 압출된 중간층(3) 및 도면 부호 (5)로 표기된 스트랜드의 외부 층을 구비한다. 스트랜드(5)는 케이블과 유사한 구조를 가지며, 합성섬유로 이루어진 더 가느다란 코어 케이블(6), 직조 피복(7), 탄성 플라스틱으로 이루어진 압출된 중간층(8) 및 강철 와이어(9)로 된 외부 층을 구비한다. 상기 케이블은 상대적으로 더 큰 플라스틱 횡단면으로 인해 바람직하게는 훨씬 더 적은 중량을 갖지만, 이 경우 외부 층 내에 있는 강철 와이어들은 마찬가지로 딱딱하다.
이 케이블에서 중간층(3)은 생략될 수 있는데, 그 이유는 외부 스트랜드(5) 자체의 신연성이 이미 증가했기 때문이다.

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Claims

합성섬유들로 된 코어케이블(1)과 강철 스트랜드들(4;5)로 된 외부층을 포함하며, 추가로 제공된 피복(2;7)으로 코어케이블(1)을 둘러싼 케이블에 있어서:

코어케이블(1)이 단일-필라멘트 여러개를 꼬아 이루어진 다발 하나로 이루어지거나 또는 상기 다발 여러개를 꼬은 형태로 존재하고, 상기 다발이 직경이 줄면서 신연되고 이 상태로 피복(2)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 케이블.
제1항에 있어서, 상기 합성섬유들이 안정된 상태를 이루도록 상기 다발이 신연되고, 신연된 상태의 상기 다발이 피복(2;7)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 케이블.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 케이블이 탄성 플라스틱의 중간층(3;8)을 더 포함하고, 상기 외부층이 부하를 받아 늘어나면서 반경방향으로 축소되도록 상기 강철 스트랜드들(4;5) 끼리 서로 떨어진채 중간층(3)에 프레스되는 것을 특징으로 하는 케이블.
제1항에 있어서, 상기 피복이 직조된 것을 특징으로 하는 케이블.
제1항에 있어서, 상기 강철 스트랜드들(5)이 합성수지로 된 코어케이블(6)과 강철 와이어(9)로 된 외부층을 포함하고, 상기 코어케이블(6)은 피복(7)으로 둘러싸이며, 이런 코어케이블(6)이 단일-필라멘트 여러개를 꼬아 이루어진 다발 하나로 이루어지거나 또는 상기 다발 여러개를 꼬은 형태로 존재하고, 상기 다발이 직경이 줄면서 신연되고 이 상태로 피복(7)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 케이블.
제3항에 있어서, 상기 중간층이 압출에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 케이블.
제3항에 있어서, 상기 중간층이 포움 플라스틱, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀 또는 폴리아미드로 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블.
제1항에 있어서, 상기 케이블이 호이스팅 케이지 케이블, 심해 케이블 또는 케이블 레일 케이블로 사용되는 것을 특징으로 하는 케이블.
합성섬유로 된 코어케이블(6)과 강철 와이어(9)로 된 외부 층을 포함하고, 피복(2;7)으로 코어케이블(6)을 둘러싼 스트랜드에 있어서:

코어케이블(6)이 단일-필라멘트 여러개를 꼬아 이루어진 다발 하나로 이루어지거나 또는 상기 다발 여러개를 꼬은 형태로 존재하고, 상기 다발이 직경이 줄면서 신연되고 이 상태로 피복(7)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 스트랜드.
제9항에 있어서, 상기 합성섬유들이 안정된 상태를 이루도록 상기 다발이 신연되고, 신연된 상태의 상기 다발이 피복에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 스트랜드.
제9항 또는 제10항에 있어서, 탄성 플라스틱으로 이루어진 중간층(3;8)을 갖고, 상기 외부층이 부하를 받아 늘어나면서 반경방향으로 축소되도록 상기 강철 와이어들(9)이 서로 떨어진채 중간층에 프레스되는 것을 특징으로 하는 스트랜드.
제9항에 항에 있어서, 상기 피복이 직조되는 것을 특징으로 하는 스트랜드.
제12항에 있어서, 상기 중간층이 압출에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 스트랜드.
제11항에 있어서, 중간층이 포움 플라스틱, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리올레핀 또는 폴리아미드로 이루어진 것을 특징으로 하는 스트랜드.