KR102164438B1 - 하이브리드 스트랜딩식 도체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 스트랜드 도체(1)에 관한 것이며, 이 하이브리드 스트랜드 도체는 코어(2) 및 상기 코어(2) 둘레에 배열되는 외부 와이어들(3')을 포함하며, 여기서 외부 와이어들(3')의 적어도 일부분이 압축되며, 여기서 압축된 외부 와이어들은 평탄화된 횡단면의 형상을 가지며, 외부 와이어들(3')은 강으로 구성되며, 그리고 코어(2)는 섬유 코어이다. 본 발명은, 더욱이, 이러한 하이브리드 스트랜딩식 도체(1)를 위한 대응하는 제조 방법에 관한 것이다.

Description

하이브리드 스트랜딩식 도체

본 발명은 코어(core) 및 횡 방향으로 서로 접촉하고 상기 코어 둘레에 배열되는 외부 와이어들(outer wires)을 포함하는 하이브리드 스트랜드(hybrid strand)에 관한 것이다.

더욱이, 본 발명의 요지는 수개의 이러한 하이브리드 스트랜드들을 포함하는 로프(rope)이다.

게다가, 본 발명은 또한, 이러한 하이브리드 스트랜드들의 제조를 위한 방법에 관한 것이다.

독립적인 와이어 로프 코어를 포함하는 와이어 로프는 US 5,946,898 A로부터 공지되어 있다. 섬유 코어 및 섬유 코어 둘레에 배열되는 와이어들을 포함하는 하이브리드 스트랜드들로 제조되는 로프 구조물이 또한 설명되며; 상기 로프는 전체로서 제공되는 와이어 로프 내측에서 코어 로프로서 배치된다. 공지된 로프의 경우에, 와이어들 또는 스트랜드들이 로프 구조물 내에서 이동하는 것을 방지하도록 의도되며, 그리고 전체 로프를 압축하고 이에 의해 압축되지 않은 로프와 비교하여 압축된 로프의 단면을 감소시키는 것이 제안된다.

DE 1 920 744는 적어도 하나의 층의 원형 세그먼트 형상의 개별적인 와이어들로 구성되는 알루미늄 시스(sheath)를 포함하는 알루미늄 강 오버헤드(overhead) 로프에 관한 것이며, 알루미늄 층은 어떠한 필수적인 간극없이 강 코어를 에워싸고, 특히 유압식 프레스에 의해 강 코어와 압축된다. 그러나, 인용문헌은 하이브리드 스트랜드가 아니라 로프에 관한 것이다. 사용된 재료들로 인해, 로프는 또한 비교적 높은 중량을 가진다.

US 3,142,145는 비원형 횡단면(cross-section), 특히 사다리꼴 횡단면을 가지는 보강 와이어들을 갖는 케이블 코어의 나선형 스트랜딩을 위한 장치를 개시한다. 보강 와이어들은 코어와 함께 스트랜딩되기 위해 스풀(spool) 상에 주어진 형상으로 제공된다. 이러한 인용문헌은 하이브리드 스트랜드에 관한 것이 아니라, 케이블에 관한 것이다.

DE 125643은 강삭 철도들(cable railways)을 위한 현수(suspension) 케이블에 관한 것이며, 그 코어는 공통의 길이 방향 축선을 가지는 와이어 나선(spiral) 또는 수개의 인터메싱(intermeshing) 와이어 나선들에 의해 형성되며, 이 와이어 나선들에는, 삼 로프(hemp rope)가 삽입된다. 개별적으로 프로파일링된 와이어들은 와이어 나선들 및 삼 로프로 제조된 코어 둘레에 스트랜딩되며, 이 프로파일링된 와이어들은 S 형상의 횡단면을 가진다. 이러한 인용문헌은 하이브리드 스트랜드에 관한 것이 아니다.

그러나, 본 발명의 목적은 주어진 직경에 대해 비교가능하게 작은 직경을 갖는 또는 비교가능하게 높은 파괴력을 갖는 하이브리드 스트랜드를 제공하는 것이며, 여기서 하이브리드 스트랜드들 또는 이러한 하이브리드 스트랜드들로 제조된 로프는 또한, 상대적으로 낮은 중량을 가질 수 있다.

따라서, 본 발명은 코어 및 횡 방향으로 서로 접촉하고 상기 코어 둘레에 배열되는 외부 와이어를 포함하는 하이브리드 스트랜드를 제공하며, 여기서 특히 외부 와이어의 적어도 일부분이 압축되는 것이 제공되며, 여기서 압축된 외부 와이어들은 평탄화된 횡단면 형상을 포함하며, 외부 와이어들은 강으로 구성되며, 그리고 코어는 섬유 코어이다. 물론, 본 발명의 하이브리드 스트랜드는 코어 둘레에서 외부 와이어 또는 와이어들의 수개의 층들을 포함할 수 있으며, 여기서 특히 적어도 제조 동안 외부 층의 외부 와이어들의 상호 접촉, 및 횡단면의 평탄화까지의 이들의 압축은 중요하다.

외부 와이어들은 대략적으로 사다리꼴 또는 원형 세그먼트 형상의 횡단면 형상을 포함할 수 있다. 더욱이, 안정성 및 치밀함(compactness)의 관점에서, 이는 외부 와이어들이 측면들 상에서 평탄한 방식으로 서로 접촉할 때 바람직하다. 대안적으로, 하이브리드 스트랜드에서, 압축된 제1 외부 와이어의 횡 방향의 평탄화된 영역은 바람직하게는 단면들에서 본질적으로 일정한 거리를 두고 인접한 압축된 외부 와이어의 횡 방향의 평탄화된 영역을 향할 수 있다. 편리하게는, 외부 와이어들은 강으로 제조되며; 특히, 코어는 섬유 코어, 다시 말해 천연 섬유들 또는 합성 섬유들로 제조된 코어이며, 이 때 합성 섬유들이 이들의 더 높은 내하력(load bearing capacity)으로 인해 바람직하다.

외부 와이어들의 압축(치밀(compaction))은 그 자체가 공지되어 있는 압축 공구에 의해 실행된다. 본원의 경우에, 인용된 US 5,946,898 A에서 제안된 바와 같이, 복수의 하이브리드 스트랜드들로 구성되는 로프가 이러한 압축 공구에 의해 압축되는 것이 아니라, 로프의 컴포넌트들, 즉 하이브리드 스트랜드들이 최종 로프를 제조하기 전에 이미 압축되어 있는 것이 특별한 특징이다.

전체적으로 강으로 구성된 압축된 로프들과 비교하여, 직경이 동일한 경우에, 압축되지 않은 하이브리드 스트랜드들로 제조된 로프들이 비교적으로 낮은 파괴력을 포함한다는 것이 유의될 수 있다. 전체적으로 강으로 구성된 로프들의 파괴력과 필적할만한(comparable) 파괴력을 획득하기 위해, 압축되지 않은 하이브리드 로프는 더 큰 직경을 가져야 하며, 따라서 이러한 로프의 추가의 비용들을 이외에, 더 높은 중량을 유발시킬 수 있다.

본원에서 제공되는 하이브리드 스트랜드들의 압축으로 인해, 외부 와이어들은 냉간 성형되며, 그리고 외부 와이어들의 단면은 평탄화되며, 이에 의해 둥근 단면으로부터 시작하여, 특히 대략적으로 사다리꼴 또는 원형 세그먼트 형상 횡단면이 획득된다. 와이어들 사이의 공동들이 압축 프로세스에 의해 최소화되며, 이에 의해 본질적으로 하이브리드 스트랜드의 상대적인 금속성 단면 그리고 이에 따라 파괴력이 상당히 증가하는 것이다.

따라서, 본 발명의 하이브리드 스트랜드의 경우, 비교가능하게 경량이고, 압축된 하이브리드 로프가 획득될 수 있으며, 이는 압축된 강 로프와 비교하여 단위 길이당 낮은 중량뿐만아니라 더 높은 비강도(specific strength)를 가질 수 있으며, 이 때 로프 공칭 직경은 동일하다.

본 발명의 하이브리드 스트랜드들로 구성된 로프는, 유리하게는, 트위스트 방지(anti-twist) 로프일 수 있으며, 즉, 하이브리드 스트랜드들의 토크들은, 하이브리드 스트랜드들이 이에 따라 로프 내에 배열될 때, 섬유 코어가 전체적으로 강으로 구성되는 와이어 스트랜드들에 의해 둘러싸이는 종래의 하이브리드 로프들의 경우에서와는 달리, 균형을 잡아줄 수 있거나 서로 적어도 대부분을 보상할 수 있으며, 이에 의해 비틀림(트위스트)이 없어지는 것이 달성될 수 있는데, 왜냐하면 섬유들의 그리고 강 와이어들의 토크들이 서로 아주 많이 다르기 때문이다.

하이브리드 스트랜드들의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법에서, 와이어들 또는 외부 와이어들 각각은 코어 둘레에서 래핑되고(wrapped), 그리고 특히 섬유 코어 둘레에서 압축되며, 여기서 외부 와이어들이 아직 압축되지 않은 경우의 상태에서 적어도 거의 접촉하며, 압축 동안 바람직하게는 평탄한 방식으로 횡 방향의 접촉 영역에서 서로 접촉하며, 그리고 여기서 외부 와이어들의 적어도 부분은 압축 후에 접촉 영역에서 평탄화된 단면의 형상을 포함한다.

압축된 와이어 스트랜드의 경우에, 임의의 내부 와이어들은 외부 와이어들, 즉, 외부 와이어 층의 와이어들과 동일한 횡단 압력 강성(stiffness)을 가지는 것으로 추정되며, 그리고 이에 의해 와이어들은 외부 와이어들을 변형시키는 데 요구되는 역 압력(counter pressure)을 빌드 업(build up)할 수 있다. 그러나, 섬유 코어 그 자체는 압축 공구(예를 들어 롤들, 인발 다이(draw die) 또는 망치들(hammers))의 외부 압력을 견딜 수 없으며; 그 대신에, 섬유 코어가 항복될(yield) 것이다. 따라서, 외부 와이어들은 충분히 변형되지 않을 수 있다. "압축" 후에, 즉 압축 공구가 통과한 후에, 하이브리드 스트랜드는 스프링 백(spring back)할 수 있으며, 즉, 역 압력이 섬유 코어에 의해서만 빌드 업될 때, 와이어들은 압축 후에 다시 반경 방향 외측으로 이동하며, 그리고 와이어들의 어떠한 상당한 변형도 남아 있지 않을 것이다. 그러나, 본 발명의 방법에서, 특히 수개의 층들의 와이어들의 경우에 와이어들, 특히 외부 층의 와이어들이 서로 완전히 접촉할 때까지, 섬유 코어는 이러한 정도까지만 항복될 것이다. 이는 이러한 외부 와이어들은 압축 동안 볼트형(vault-like) 방식으로 서로를 지지할 때, 특히 유리하다. 볼트 형성(formation)의 결과로서 와이어들의 이러한 상호 지지로 인해, 압축 시에 전체 반경 방향의 압력이 외부 와이어 층에 작용할 것이며, 그리고 외부 와이어들의 요망되는 플라스틱 냉간 성형이 일어날 수 있다. 볼트 형성 이전에, 와이어들이 압축 동안 섬유 코어에 맞닿게 약간 가압된다면, 와이어들은, 압축 후에 대응하는 정도로 스프링 백해서, 압축된 하이브리드 스트랜드의 변형된 와이어들이 약간 이격될 수 있다.

이러한 "볼트 형성"을 획득하기 위해, 제조될 로프의 전체 치수들에 따라 실제로 용이하게 찾아낼 수 있는 바와 같이, 적절한 와이어 직경 및 적절한 로프 와이어들의 배치 각도(lay angle)를 갖는 대응하는 수의 외부 와이어들이 제공될 수 있다.

예를 들어, 0.85 mm의 직경 및 17°의 배치 각도를 가지는 11개의 와이어들의 조합은 3.8 mm의 직경을 가지는 압축된 하이브리드 스트랜드를 제조하는 데 유리한 것으로 판명되었다. 그러나, 외부 와이어들의 수는, 예컨대, 3개 내지 20개의 범위에 있을 수 있으며, 이에 의해 섬유 코어와 외부 와이어들 사이의 중량 분포로 인해, 8개 내지 14개의 범위가 특히 유리한 것으로 판명되었다. 와이어들의 수에 따라, 배치 각도들은 5° 내지 30° 범위일 수 있으며, 이에 의해 15° 내지 25°의 범위가 특히 유리한 것으로 판명되었다. 와이어 직경들의 선택에 따라, 상이한 직경들을 갖는 하이브리드 스트랜드들이 제조된다. 압축의 정도는 이에 따라 초기 직경 및 최종 직경을 치수결정함으로써 결정된다. 여기서, 스트랜드들의 직경 감소는 외부 와이어들의 수에 따라 2 % 내지 20 % 범위의 압축에 의해 가능하며, 이에 의해 4 % 내지 10 %의 범위가 유리한 것으로 판명되었다.

전체적으로, 하이브리드 스트랜드들을 포함하는 로프는 본 방법에 의해 획득될 수 있으며, 여기서 강 와이어들이 사용되며, 이에 의해, 로프들이 종래의 강 로프와 동일한 파괴력을 가지거나, 대응하는 대략적으로 동일한 중량에서, 로프들이 비교가능하게 본질적으로 더 높은 파괴력을 가진다면, 로프들의 중량은 대략적으로 30 %만큼 더 낮다.

본 발명은 바람직한 실시예들을 기초하여 더 상세히 설명될 것이며, 이에 제한되지 않지만, 이 때 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 아직 외부 와이어들이 압축되기 전의 하이브리드 스트랜드의 일부분의 부등각 투영도(axonometric view)를 개략적으로 도시한다.
도 2는 외부 층의 와이어들의 압축 후에 상기 하이브리드 스트랜드의 동등한 부등각 투영도를 도시한다.
도 3은 이러한 하이브리드 스트랜드들을 갖는 트위스트 방지식이 아닌(non-anti-twist) 하이브리드 로프를 통과하는 단면을 도시하며, 그리고
도 4는 이러한 하이브리드 스트랜드들을 사용하는 트위스트 방지 하이브리드 로프를 도시한다.

도 1은 하이브리드 스트랜드(1)의 일부분을 개략도로 개략적으로 도시한다. 이러한 하이브리드 스트랜드(1)는 섬유 코어(2)뿐만 아니라 이러한 섬유 코어(2) 둘레에 래핑되는(wrapped) 강 와이어들(3)을 포함하며, 여기서 도 1에서 도시되는 예에서, 와이어들(외부 와이어들)(3)의 단지 하나의 층이 도시된다. 그러나, (단지 후속 예들에서와 같이) 후속하는 압축으로 냉간-성형된(cold-formed) 와이어들(3)의 외부 층을 갖는 와이어들의 2개 또는 그 초과의 층들을 여기서 제공하는 것이 또한 고려가능할 것이다.

이러한 냉간 성형은 도 2에서 도시된 도면으로부터 수집될 수 있으며, 여기서 섬유 코어(2) 둘레에 있는 와이어들(3')은, 압축 후에, 이제 평탄한 방식으로 이들의 측면들이 서로 접하고 그리고 대략적으로 사다리꼴 단면을 가진다. 전체적으로, 하이브리드 로프 또는 하이브리드 스트랜드(1)는 이제 도 1과 비교하여 더 작은 단면을 가지며, 이 때 (외부) 와이어 층(4)의 압축부는 와이어들(3')을 포함한다.

도 3은 이러한 실시예에서 비틀림없는(torsion-free) 방식이 아닌 하이브리드 로프(5)를 통과하는 단면을 도시하며, 그리고 여기서 도 2에 따른 압축된 하이브리드 스트랜드들(1)이 사용되고 있다. 구체적으로, 코어 하이브리드 스트랜드(6)가 제공되며, 이 코어 하이브리드 스트랜드 둘레에, 내부 스트랜드 층(7)의 6개의 하이브리드 스트랜드들이 배열된다. 최종적으로, 외부 층(8)에는 (도 1에 따라) 8개의 하이브리드 스트랜드들(1)이 제공되며, 여기서 플라스틱 중간 층(9)은 이와 같이 공지된 바와 같이 이러한 외부 층(8)의 외부 하이브리드 스트랜드들(1)을 지지한다.

비교의 목적을 위해, 도 4는 비틀림없는 하이브리드 로프(10)를 통과하는 단면을 도시하며, 여기서 비교가능한 하이브리드 스트랜드들(1)(도 2 참조)이 한편으로, 로프(10)의 코어(11)를 위해 그리고 3개 스트랜드 층들(12, 13 및 14) 모두의 구조물을 위해 사용된다. 하이브리드 스트랜드들(도 2에서 1)은 또한, 치밀한 구조물을 획득하기 위해 상이한 직경들을 가진다.

도 4에 따른 하이브리드 로프(10)는 비틀림이 없으며, 이 때 도 3에 따른 로프(5)의 경우에 도시되는 바와 같이, 플라스틱 중간 층 또는 지지 본체가 사용되지 않는다.

도 3 및 도 4에 따른 단면들은 가능한 로프 구조물의 예들이며, 여기서 물론 상이한 타입들의 다른 로프 구조물들이 가능하다.

특히, 도 2로부터 볼 수 있는 바와 같이, 더 치밀한 단면들이 하이브리드 스트랜드(1)의 압축 또는 외부 와이어들(3')의 냉간 성형에 의해 획득될 수 있으며, 이에 의해 하이브리드 스트랜드(1)의 전체 단면이 감소되며, 그리고 이에 의해 와이어들(3)의 단면들은 둥근 단면 형상으로부터 대략적으로 사다리꼴 또는 원형 세그먼트 형상(와이어들(3'))으로 변한다. 와이어들(3 또는 3') 사이의 공동들은 압축 프로세스에 의해 감소되며, 이에 의해 본질적으로, 하이브리드 스트랜드(1)의 상대적인 금속성 단면 그리고 이에 따라 또한 파괴력이 증가된다. 전체적으로, 로프들(5 및 10) 각각은 이러한 방식으로 가능하게 되며, 이 로프들은 종래 강 로프의 파괴력과 동일한 파괴력의 경우에 약 30 %만큼 더 적은 중량을 가질 수 있거나, 그와는 반대로 동일한 중량의 경우에 본질적으로 더 높은 파괴력을 가질 수 있다.

다음의 표 1은, 예를 들어, 도 3에 따른 종래의 압축된 강 로프 및 압축된 하이브리드 로프에 대한 값들의 비교들을 도시한다.

압축된 하이브리드 로프는 전체적으로 강으로 구성되는 압축된 로프와 비교하여 40 %만큼 더 높은 비강도를 가진다.

(동일한 파괴력으로) 압축되고 압축되지 않은 하이브리드 로프의 비교는 표 2에 따라 다음의 로프의 공칭 직경을 초래할 것이다.

완벽함을 위해, "비 파괴력(specific breaking force)"은 로프의 미터 당 중량과 일반적인 파괴력 사이의 비율을 의미하는 것이 추가된다.

Claims (10)

1. 하이브리드 스트랜드(hybrid strand)(1)로서,
   코어(core)(2) 및 상기 코어(2) 둘레에 배열되는 외부 와이어들(outer wires)(3')을 포함하며, 상기 외부 와이어들(3')의 적어도 일부분이 압축되고, 상기 압축된 외부 와이어들(3')은 평탄화된 단면의 형상을 포함하며, 상기 외부 와이어들(3')은 강으로 구성되고, 그리고 상기 코어(2)는 섬유 코어이며,
   압축된 제1 외부 와이어(3')는 인접한 압축된 외부 와이어(3')로부터 이격되어 있고,
   상기 압축된 제1 외부 와이어(3')의 횡 방향의 평탄화된 영역은, 상기 인접한 압축된 외부 와이어(3')의 횡 방향의 평탄화된 영역을 거리를 두고(at a distance) 마주보는(face),
   하이브리드 스트랜드.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 압축된 외부 와이어들(3')은 사다리꼴(trapezoidal) 또는 원형 세그먼트 형상(circular-segment-shaped) 횡단면(cross-section)을 포함하는,
   하이브리드 스트랜드.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   마주보는 평탄화된 영역들 사이의 거리는 적어도 단면(section)에서 일정한,
   하이브리드 스트랜드.
4. 제1 항에 따른 수개의 하이브리드 스트랜드들(1)을 포함하는 로프(rope)(5; 10).
5. 제4 항에 있어서,
   트위스트 방지(anti-twist) 로프의 형태인,
   로프(10).
6. 하이브리드 스트랜드(1)의 제조를 위한 방법으로서,
   강으로 제조된 외부 와이어들(3)은 섬유 코어(2) 둘레에서 래핑되고(wrapped) 압축되며, 상기 외부 와이어들은 압축 동안 횡 방향의 접촉 영역에서 서로 접촉하며, 그리고 압축 후에, 외부 와이어들(3')의 적어도 일부분은 접촉 영역에서 평탄화된 단면의 형상을 포함하고,
   상기 외부 와이어들(3)은 압축 동안 볼트형(vault-like) 방식으로 서로를 지지하며, 그리고 상기 외부 와이어들(3')은 볼트 형성 이전에, 압축 동안 상기 섬유 코어(2)에 맞닿게 가압되고, 그리고 압축 후에 상응하는 정도로 스프링 백(spring back)해서, 상기 압축된 하이브리드 스트랜드(1)의 변형된 외부 와이어들(3')이 이격되어 있는,
   하이브리드 스트랜드(1)의 제조를 위한 방법.
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