KR20080077984A - 구동 시스템에 사용하기 위한 강철제 와이어 로프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미닫이 차문(sliding vehicle door) 또는 윈도우 엘리베이터(window elevator)에서 찾을 수 있는 것과 같은 구동 시스템에 사용하기 위한 강철제 와이어 로프를 공개한다. 이 로프에 대한 특이점은 아연 또는 아연 합금이 코팅된 강철제 와이어들 상에 산화 마그네슘 입자들을 확산(spreading)시키고 이들 입자를 코팅과 접촉시켜 얻어지는 현저한 부식 저항력을 갖는 점이다. 확산 및 접촉은 이러한 강철제 와이어 로프들에 대한 윤활제로서 통상적으로 사용되는 지방족 광유(aliphatic mineral oil)와 같은 액체 담체(carrier)에 의해 달성될 수 있다. 산화 마그네슘은 아연 코팅의 두께를 감소시킬 때에도 동등하거나 또는 향상된 부식 저항을 보장한다. 아연 코팅의 두께를 감소시키면 강철제 와이어 로프의 강도를 증가시키면서 코드(cord)의 직경을 유지한다.
와이어, 로프, 자동차, 합금, 코팅

Description

구동 시스템에 사용하기 위한 강철제 와이어 로프{A STEEL WIRE ROPE FOR USE IN A DRIVE SYSTEM}
본 발명은 강철제 와이어 로프들의 분야에 대한 것이고, 보다 상세하게는 작동 중에 부식 환경들을 견뎌야 하는 강철제 와이어 로프들에 대한 것이다. 이러한 강철제 와이어 로프들은 몇 가지 예를 들면, 차문의 윈도우 엘리베이터, 또는 미닫이 문을 위한 구동 시스템, 또는 캔버스 지붕 구동장치, 또는 차고 문 개방기 구동 시스템, 또는 승강기 로프(hoisting rope)와 같은 많은 구동 시스템들에서 찾을 수 있다. 본 발명은 양호한 피로 특성들과 개선된 마찰 특성들을 유지하면서 더 많은 부식 저항을 갖는 종류의 로프를 제공한다.
강철제 와이어 로프들은 수 m 내지 수 km의 거리에 걸쳐 힘과 변위(즉, 일)을 낮은 비용으로 전달하는데 많은 경우에서 선호되는 수단이다. 로프들은 가는 와이어 직경들을 사용하여 -로프가 작은 굽힘 풀리(pulley)들에 맞춰질 수 있도록- 매우 휘기 쉽게 될 수 있다. 냉간 성형(cold formed)된 경(hard-drawn) 강철 와이어들로 조립될 때, 로프의 강도가 증가될 수 있으므로 보다 큰 힘을 전달할 수 있다. 부가적으로, 탄성계수가 강철에 가깝고 코드의 신장이 최소화되어 구동 시스템이 느슨해지는 것을 제거할 수 있다. 로프들은 이러한 구동 시스템들에서 일어나는 반복적인 굽힘, 비틀림 또는 당김 운동들을 견디도록 설계될 수 있다. 실제로, 강철제 와이어 로프들은 신뢰성이 있는데 왜냐하면 피로 한계가 로프들의 실생활 사용(real live usage)을 시뮬레이팅하는 시험들에 의해 정확히 예측될 수 있기 때문이다. 마지막으로, 강철제 와이어 로프들은 마모 부품들에 관해 유리한 마찰 계수를 보이며 이 특성은 많은 경우에 굽힘 풀리들을 고정된 로프 가이드들로 교체할 수 있게 하여 결과적으로 구동 시스템에 상당한 비용 절약을 할 수 있게 한다.
불행하게도 많은 강철들이 부식이 증가하는 조건들(실외 사용, 및 엘리베이터 축의 내측, 또는 자동차 문의 내측)에 처할 때 녹스는 경향이 있다. 부식은 이 점에서 해로워서 예측된 피로 수준을 극적으로 감소시켜 치명적인 조기 파손을 일으킬 수 있다. 이러한 메커니즘이 당업계에 "부식 피로", 즉 코드의 동적 부하가 부식 환경에서 수행될 때 발생하는 피로 현상으로서 알려져 있다. 이러한 부식을 감소시키기 위한 몇 가지 표준 해결방안이 당업자에게 알려져 있다:
- 부식에 덜 민감한 스테인리스 강(예를 들어, AISI 306, AISI 314)들을 사용할 수 있다. 불행하게도, 이러한 강들은 정적인 부식 응용예들, 즉, 동적인 부하가 없을 때에만 종종 잘 작동한다. 로프들이 반복적으로 풀리들 상에서 굽혀질 때, 스테인리스 강 위에 형성된 산화물 피막이 연속적으로 마모되어 없어져 섬유(filament)들이 과다하게 마모되고 열악한 피로 수명(fatigue life)이 초래된다.
- 아마도 가장 오래된 해결방안은 보호 코팅이 개별적으로 코팅된 와이어들을 사용하는 것일 것이다. 와이어 로프의 다른 특성들에 악영향을 주지 않기 위해, 이러한 코팅은 되도록이면 금속이다. 이에 관해 가장 선호되는 것은 강철 와이어 상에 고온 침지(hot dipping) 공정을 통해 도포되는 아연 또는 아연 합금 코팅들이다. 개재하는 합금 층들이 고온 침지시에 형성되어 강철 와이어에 대한 코팅의 양호한 접착을 보장한다. 이러한 코팅들은 강철에 희생적 부식 보호를 제공한다.
- 코드를 중합체로 캡슐화(encapsulation)하는 것도 공지된 기술이다. 이러한 캡슐화는 부식 환경이 강철 표면에 도달하는 것을 방지하기 위해 구동 시스템의 동력(dynamics)을 견뎌야 한다. WO 03/044267호는 이러한 로프를 설명한다. 이 해결방안은 우수한 피로 특성들과 조합하여 우수한 부식 보호를 제공하지만, 다소 보다 강성이고, 그리 양호한 마찰 특성들을 갖지 않고 보다 고가이다.
- 부식 억제 오일, 그리스, 슬러리 또는 겔(gel)의 도포. 이러한 겔들은 강철 와이어 로프에 다수의 특성들이 가능하게 해야 하고 많은 경우들에서 상이한 특성들(비용, 환경, 피로 성능 등) 간에서 타협한다. 일 예를 US 6106741호에서 찾을 수 있다.
그러므로, 구동 시스템 로프들에 대한 당업계의 현재 상태는 윤활제에 잠겨 있는 아연 또는 아연 합금 코팅된 와이어 로프들에 의해 지배되고 있다. 아연 또는 아연 합금 코팅의 두께는 부식 환경에서 특정한 시간을 견디도록 선택된다. 이러한 부식 시험들은 ISO 9227 표준으로서 당업계에 널리 알려져 있다(동등한 국가 표준은 ASTM B117 또는 DIN 50021). 이 시험에서 강철 와이어 로프 제조업자로부터 얻은 샘플들이 35℃의 온도 및 100%의 상대습도에서 유지되는 분무제(nebula)로 충전된 밀폐된 챔버(chamber) 내에 걸려 있다. 이 챔버 내의 분위기(atmosphere)는 5 중량%의 NaCl를 함유하는 순환하는 수분 분무(spray of water)에 의해 포화되어 있 다. 지금까지가 ISO 9227 표준에 설명되어 있다.
부식 과정은 규칙적으로(예를 들어, 매 24시간마다) 시각적으로 모니터링되고 다수의 등급(class)('밝은 갈색 점들의 녹', '밝은 갈색 얼룩들의 녹', '어두운 갈색 점들의 녹', '어두운 갈색 얼룩들의 녹', '어두운 갈색 녹으로 표면의 5%가 덮힘')으로 분류된다. 이하에는 샘플 상에 '어두운 갈색 얼룩들의 녹'이 나타날 때까지 이 시험에서 몇 시간 동안 염분 분무를 견디게 된다. 현재 와이어 로프들은 자동차 업계에 수용되기 전에 염수 분무(salt spray)를 최소 72시간 견뎌야 한다.
윤활제는 피로 수명을 최적화하기 위해 선택된다. 피로 수명에 대한 추정치들은 구동 시스템에서의 로프의 실생활 사용(real life usage)을 시뮬레이트하는 특정 시험 절차들을 통해 얻어질 수 있다. 그러므로, 이 피로 수명을 정하는데 사용할 수 있는 다수의 전매 시험 벤치(test bench)가 있다. 널리 알려진 사용가능한 시험은 '항공기 케이블'을 시험하는데 지금까지 널리 사용된 (그리고 지금도 사용되는) MIL-W-83420 표준이다.
산업계에서는, 부식 보호 및 피로 수명을 증가시키면서 구동 시스템들의 사이즈를 줄이기 위해 동등하거나 또는 보다 고강도인 보다 얇은 와이어 로프들을 사용하려는 꾸준한 경향이 있다. 공지된 아연 또는 아연-합금 코팅들로는 강도-대-부식 보호의 모순과 마주치게 된다. 코팅의 부식 보호가 코팅의 두께에 대략적으로 비례하므로 최소한의 코팅 두께가 부식 요구조건을 만족시키기 위해 유지되어야 한다. 그러나, 갈수록 미세한 와이어들을 사용할 때, 코팅은 와이어 단면적에서 차지하는 양이 증가한다. 코팅이 와이어의 강도를 더해주지는 않으므로, 이들의 보다 두꺼운 대조물(counterpart)들에 비해 보다 얇은 로프들은 이로 인해 비교적으로 강도를 잃는다.
그러므로, 본 발명의 목적은 종래의 문제점들을 극복하는 강철 와이어 로프를 제공하는 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 목적은 강도에 대해 타협하지 않고 양호한 부식 저항을 겸비하는 강철 와이어 로프를 제공하는 것이다. 추가 목적은 개선된 마찰 특성들을 갖는 와이어 로프를 제공하는 것이다. 본 발명자들은 효과적이고, 저렴하고, 환경친화적이고 적용하기 쉬운 와이어 로프들의 구동 시스템들에서의 특정한 용도에 적용되는 특히 간단한 부식 억제제(inhibitor)를 찾아왔다: 본 발명의 다른 목적.
본 발명의 제 1 특징에 따라, 구동 시스템에 사용하기 위한 금속제 와이어 로프가 제공된다. 이러한 와이어 로프들은 5mm이하의 직경을 갖지만, 3mm 이하의 사이즈들이 보다 선호되고 요즈음 2mm와 1.5mm의 사이즈들이 가장 대중적이다. 본 발명자들은 보다 작은 직경의 와이어 로프들에의 추세가 계속될 것이고 1mm 직경의 로프들이 가까운 장래에 가능하게 될 것이라고 예측한다.
금속제 와이어 로프는 아연 또는 아연 합금 코팅된 강철 와이어들로부터 조립된다. 이러한 와이어들을 만드는데 사용된 강철은 -고 강도가 필요하므로- 고 탄소 강이다. 이러한 강철은 이하의 행(line)들에 따른 조성을 갖는다: 0.35 내지 1.15 중량%, 바람직하게는 0.60 내지 1.00 중량%의 탄소 함량, 0.30 내지 0.70 중량%의 망간 함량, 0.10 내지 0.60 중량%의 규소, 0.05 중량%의 최대 황 함량, 0.05 중량%의 최대 인 함량. 크롬, 니켈, 바나듐, 붕소, 코발트, 구리, 몰리브덴과 같은 특정 성분들과의 미세합금화(micro-alloying)도 0.01 내지 0.08 중량%의 범위의 양에 대해 배제되지 않는데 이러한 합금화가 보다 높은 강도 레벨에 도달하는데 도움을 줄 수 있기 때문이다.
이러한 강철 와이어들을 위해 특히 대중적인 코팅들은 하기와 같다:
- 불가피한 불순물들도 포함된 기술적으로 순수한 아연의 코팅
- 하기의 것들이 특히 고려된 의도적으로 합금된 아연 코팅:
ㆍ 2 내지 12 중량%의 Al과 세륨 또는 란탄과 같은 미시메탈(mischmetal)을 포함하고, 나머지는 아연인 것과 같은 아연-알루미늄 합금. 이들은 그 항-부식 특성 때문에 특히 선호된다(예를 들어, EP 0 550 005 B1호 참조).
ㆍ 0.3 내지 1.5 중량%의 철을 포함하거나 또는 15 내지 25 중량%의 철을 포함하고, 나머지는 아연인 것과 같은 아연-철 합금. 철은 강철 기재(steel substrate) 자체로부터 생길 수 있다.
ㆍ 아연-주석 합금. 이는 적합한 마찰 특성들을 가지는 코팅이다(예를 들어, DE 195 12 180 A1호 참조)
ㆍ 20 내지 30 중량%의 니켈을 포함하고, 나머지는 아연인 것과 같은 아연-니켈 합금.
와이어의 코팅은 일반적으로 중간 직경의 강철 와이어에 이루어지고 이후에 더 미세한 직경들로 일련의 금형을 통해 인발(drawing)됨을 주의해야 한다. 인발 중에 와이어의 인장 강도는 점진적으로 증가하고, 본원에서 고찰하는 것들과 같은 높은 탄소 함량을 갖는 강철 와이어들에 대해 공개된(outspoken) 증가. 전형적으로, 강철 와이어는 1750 N/mm2를 초과하는, 전형적으로 2500N/mm2 이상, 또는 보다 바람직하게는 2750 N/mm2, 또는 심지어 3000 N/mm2를 초과하는 인장 강도를 갖는다. 이러한 높은 인장 강도들은 와이어 로프 직경을 더 감소시킬 수 있게 하기 위해 필수적이다. 이러한 종류의 로프에 대한 와이어들의 직경들은 드물게 0.25mm를 넘고 바람직하게는 0.22이하, 보다 더 바람직하게는 0.15mm 이하이다. 많은 미세한 직경의 와이어들을 사용하면 더 큰 직경을 갖는 더 적은 와이어들을 갖는 로프보다 나은 피로 저항을 갖는 와이어 로프가 된다.
와이어들은 와이어 로프들로 추가 조립되거나 또는 추가 조립되지 않을 수 있는 가닥(strand)들로 조립된다. 당 분야에서 일반적인 전형적인 구성은 몇 가지 열거하면 7x7, 7x19, 19+8x7, 19+8x7, 19W+8x7, 7x8, 8x7, 8x8, 19+9x7, 1x3+5x7이 있다. 예를 들어, 공식 7x8은 각각 8개의 와이어들로 구성된 7개의 가닥들로 구성된 로프를 나타낸다. 한 가닥은 7개의 외측 와이어들이 코어 와이어 둘레에 특정 피치(pitch)로 나선형으로 꼬여 구성된다. 6개의 상기 가닥들이 일정한 피치로 다시 중심 코어 가닥 둘레에 꼬인다. 외측 와이어들의 직경들은 바람직하게는 이들이 코어 와이어 둘레에 쉽게 맞춰지도록 선택된다. 유사하게, 코어 가닥의 직경은 외측 가닥들의 직경에 맞도록 선택될 수 있다. 가닥들은 중간 가닥들 둘레의 와이어들을 꼬아 층층이 만들어질 수 있어 코어 와이어가 6개의 와이어들에 의해 둘러싸이고 12개의 와이어들에 의해 다시 둘러싸여 1+6+12 구성을 이루는 즉 생략하여 19 와이어 가닥인 예시적인 구성이 된다. 와이어 직경들이 (19W+8x7 구조의 코어에서와 같은) 워링턴(Warrington) 구성에서와 같이 서로 꼼꼼하게 맞춰지도록 선택되는 것은 특수한 경우이다. 그 다음에, 모두 19개의 와이어들이 같은 피치로 함께 조립된다. 종종, 가닥들이 케이블 포선(cabling)하기 전에 압축되거나(compated) 또는 심지어 완성된 케이블들이 압축된다. 때때로 섬유가 코어 와이어를 대체한다. 본원의 창의적인 개념은 이러한 모든 변형예들에 똑같이 잘 적용될 수 있다.
전형적으로 와이어 상의 코팅 양은 와이어 표면의 제곱 미터당 코팅의 g으로 표현된다. 코팅이 코드의 강도를 더하지 않으므로, 부식 저항을 위태롭게 하지 않는 한 얇게 되어야 한다. 종래의 코팅 양들은 최소 30g/m2(4.2㎛)이다-괄호들 안의 수는 7.14kg/dm3의 밀도를 갖는 상응하는 아연 코팅에 대한 평균 두께를 의미한다.그러나, 25g/m2(3.5㎛)이하, 또는 20g/m2(2.8㎛)이하 또는 심지어 15g/m2(2.1㎛)이하인 것과 같은 보다 낮은 양들이 본 발명의 와이어 로프에 대해 보다 바람직하다. 본 발명자들은 허용가능한 부식 결과들이 5g/m2(0.7㎛)의 아연을 목표로 하는 아연 코팅들로 얻어질 수 있다고 생각한다.
비록 원칙적으로 이러한 강철 와이어들을 코팅하는데 사용되는 공정의 타입에는 제한이 없지만, 고온-침지 공정들(hot-dip processes)이 선호되는데 이들이 강철에 용접되는 고체 코팅을 제공하기 때문이다. 고온 침지 때문에, 강철에 대해 부가적으로 보호해주는 합금 층이 코팅과 강철 사이에 형성된다. 강도와 피로의 관점에서 특히 바람직한 것은 EP 1 280 958 B1호에 설명된 것과 같은 코팅이다. 이 문헌에 2㎛이하의 감소된 두께(와이어의 m2당 14.3g의 아연)를 갖는 아연 코팅을 포함하는 아연-철 합금 층이, 와이어들을 코팅하는 관련된 공정과 함께 설명되어 있다. 이러한 와이어는 감소된 두께의 아연을 갖고, 이는 더 높은 파단 하중의 코드를 얻는데 바람직하다. 부가적으로, 아연의 강철 전이층(transition layer)에 대한 거칠기가 많이 감소되고 이는 피로가 개선되게 한다. 불행하게도, 그 자신에 대한 코팅은 부식에 대해 충분히 보호하지 못한다.
그러나, 본 발명자들은 감소된 부식 저항이 액체 담체에 의해 적용되는 부식 억제제를 사용하여 보상될 수 있음을 발견하였다. 무척 놀랍게도, 본 발명자들은 매우 간단한 화합물, 즉 산화 마그네슘(MgO)이 이를 위해 가장 적합하였음을 발견했다. 산화 마그네슘(MgO)은 담체에 미세하게 분산되어야 한다. 담체는 와이어의 표면 상에 산화 마그네슘을 균일하게 분포하는 역할만을 한다: 입자들은 와이어의 코팅과 밀접하게 접촉되어야 한다. 액체 담체는 그 위치에 유지되거나 또는 증발될 수 있다: 긍정적이고, 부식을 억제하는 효과가 유지됨을 발견하였다. 산화 마그네슘은 보다 얇은 아연 코팅을 사용할 수 있게 하여, 더 높은 강도 및 더 나은 피로의 장점을 수반하고, 부식 저항을 유지하고 심지어 개선한다. 필요한 변경을 가하여, 산화 마그네슘은 현재 사용되는 아연 코팅들을 갖는 와이어들에 사용될 때 부식에 대항하여 더욱 확실성을 준다.
산화 마그네슘(MgO)은 다수의 공정 경로들을 통해 얻어질 수 있는 매우 일반적인 생성물이다. 첫 번째 경로는 산소의 존재시 마그네사이트[탄화 마그네슘, 천연 광상(mineral deposit)]를 가열하는 것이다. 두 번째 경로는 습식 침전을 통한 정화를 위해 Mg(OH)2로 1차 변환된 다음에 수분을 몰아내기 위해 소성 반응(calcination)되는 MgCl2를 함유하는 간수(brine)를 사용하는 것이다. 후자의 경로가 더 선호된다. 그 결과인 산화 마그네슘(MgO)이 상이한 등급들로 분류될 수 있다:
1. '용융된 산화 마그네슘(Fused magnesium oxide)'은 2750℃를 넘는 온도에서 전기 아크 노(electric arc furnace)에서 용융된 소성된 MgO이다. 이는 모든 타입의 마그네시아(magnesia) 중 가장 안정적이고 강하다.
2. '사소 산화 마그네슘(Dead burned magnesium oxide)'은 1500℃ 내지 2000℃의 온도에서 소성되었고 0.1m2/g 이하의 표면적을 갖는다.
3. '경소 산화 마그네슘(Hard burned magnesium oxide)'은 1000℃ 내지 1500℃의 온도에서 소성되었고 0.1 내지 1.0m2/g의 표면적을 갖는다.
4. '연소 또는 가성 산화 마그네슘(Light burned or caustic magnesium oxide)'은 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 가열되었고 1.0 내지 250m2/g의 표면적을 갖는다.
'연소된' 등급이 가장 선호되며, '경소된' 등급이 덜 선호된다. '사소된' 등급은 분산되기 어려우므로 가장 적게 선호된다. '용융된 산화 마그네슘'은 사용하기에는 너무 불활성이다.
담체로서, 지방족 광유(Aliphatic mineral oils)가 가장 바람직하다. 지방족 광유는 와이어들이 풀리 또는 마모 부품 상에 구부러질 때 와이어들 간의 마찰을 감소시켜 와이어 로프의 피로 수명을 개선하는데 통상적으로 사용된다. 이들이 어떤 식으로든 와이어 로프에 도포될 때, 이들은 산화 마그네슘 분산을 위한 담체로서 편리하게 사용될 수 있다. 다른 사용가능한 액체 담체들에는 파라핀, 보다 상세하게는 쉽게 증발하는 것으로 알려진 이소파라핀이 있다.
산화 마그네슘(MgO)의 부식 보호 효과는 이미 미소한 양이 아연 또는 아연 합금 코팅된 표면 상에 적용될 때 명백하다. 사실상, 와이어 표면 m2 당 최소 100mg의 MgO에서 이미 염수 분무 시험에서 몇 시간 견디는 긍정적인 효과가 확인될 수 있다. (전형적으로 15,000 내지 30,000 mg/m2의 양으로 존재하는) 아연 코팅의 양에 비교하여 이는 주목할 만하다. 효과들은 아연 또는 아연 합금 코팅에 적용되는 MgO의 양에 대해 선형적으로 증가한다. 그러므로 200mg/m2 MgO의 양이 더 바람직하다. 더 높은 양의 1,000mg/m2 또는 2,000mg/m2 또는 심지어 4,000mg/m2 MgO도 개선된 결과를 낸다. 현재, 긍정적 효과들의 어떠한 평준화(levelling off)도 검출되지 않았다. 본 발명자들 중 일인은 -이 이론에 의해 한정됨없이- 아연 코팅 상의 MgO의 존재가 부식 과정에서 음극 반응(cathodic reaction)(즉, 전자 소모 반응)을 억제한다고 가정한다. 이로 인해 MgO가 아연 코팅의 부동화 거동(passivation behaviour)을 개선하는 생성물로 변환된다. 결과적으로 부식은 MgO가 없는 곳에서만 시작한다. 이는 MgO를 음극 억제제가 되게 하며, 그 효과는 존재하는 산화 마그네슘의 양에 따라 증가한다.
그러므로 산화 마그네슘은 균일하게 분산된 산화 마그네슘 플록(floc)을 얻기 위해 와이어 표면 상에 미세하게 분산되는 것이 중요함을 발견하였다. 이는 1 내지 100㎛, 가장 바람직하게는 5 내지 75㎛의 평균 입자 사이즈를 갖는 미세하게 연마된 산화 마그네슘을 사용하여 가장 잘 얻어진다. 산화 마그네슘은 아연 또는 아연 코팅 층과 물리적으로 접촉해야 하고, 그렇지 않으면 부식 보호의 정도가 덜 효과적이거나 없다.
이러한 접촉을 더 개선하기 위해, 본 발명자들은 산화 마그네슘 입자들과 거의 동일한 사이즈(5 내지 50㎛ 평균 입자 사이즈)의 연마 입자들을 액체 담체에 추가하였다. 이 개념은 이 연마제를 추가하여 아연 코팅 표면이 연마되어 산화 마그네슘 입자들을 더 잘 매립한다는 것이다. 발명자들에게도 놀랍게도 이러한 연마제를 첨가하여 구동 시스템의 중합체 안내 부품들(polymer guiding pieces)의 마모가 감소되었음을 발견하였다. 이러한 안내 부품들은 일반적으로 폴리옥시메틸렌(POM; polyoxymethylene) 또는 폴리아미드(나일론 6)와 같은 경성의 중합체들로 만들어진다. 시험의 설명을 위해 EP 0 550 005 B1호, p14 및 도 13 내지 도 15를 참조한다.출원인은 -이러한 가정에 의해 한정됨 없이-연마 입자들이 아연 코팅을 활성화시킬 뿐만 아니라, 와이어의 표면을 연마하여 더 매끄럽게 한다고 추정한다. 연마제로서, 탄화 규소(SiC; silicon carbide)가 가장 선호되는데 저렴하고 모든 그레인(grain) 사이즈들에서 쉽게 입수가능하기 때문이다. 다른 연마제(석영, 입방 붕소 질화물, 다이아몬드 등등)들도 대개 잘 기능할 수 있다. 또한, 주목할 것은 이러한 연마제 입자들이 강철 와이어 로프의 피로 거동에 부정적인 영향을 주지 않는다는 점이다. 와이어 로프 1kg당 0.1 내지 10, 바람직하게는 0.1 내지 2g의 SiC가 긍정적인 효과들을 얻기 위해 충분함이 밝혀졌다.
이상으로부터 본 발명자들이 특정한 간단한 화학제 및 첨가제들을 찾았음이 명백하다. 많은 상업적으로 입수가능한 부식 억제제들이 일반적인 용도로 있지만 구동 시스템들용 와이어 로프들에 대해 특정적으로 지향하는 것은 없다. 이와 같이 이들은 5가지 이상의 성분을 포함하고, 이들 성분 중 다수가 복잡하고 쉽게 입수할 수 없다. 본 발명자들은 무엇보다 효과적이고 저렴하고 환경 친화적이고 실행하기 쉬운 간단한 해결방안을 의도적으로 조사했다. 구성성분들의 개수는 5가지 이하로 유지된다, 즉: (적용 후에 사라지거나 또는 사라지지 않는) 액체 담체, 산화 마그네슘(MgO), 탄화 규소(SiC) 및 일정 종류의 분산제 또는 부력제(floatant)가 첨가될 수 있다.
본 발명의 제 2 특징에 따라, 하나 이상의 아연 또는 아연 합금 코팅된 강철 와이어를 포함하는 금속제 와이어 제품이 정의된다. 이 강철 와이어의 특이점은 부식 억제제가 아연 또는 아연 합금 코팅에 미세하게 분산된 고체로서 매립된다는 것이다. 바람직하게는 이러한 부식 억제제는 코팅의 외측 표면에 존재한다. 보다 바람직하게는 고체 부식 억제제가 상기 코팅의 외측 표면에 압인, 및 압착(embossed, pressed)된다. 바람직하게는 이러한 부식 억제제는 산화 마그네슘(MgO)이다.
본 발명의 제 3 특징에 따라, 금속제 와이어 제품을 보호하는 방법이 공개된다. 이 방법은 아연 또는 아연 합금 코팅을 구비한 중간 직경의 강철 와이어로부터 시작한다. 강철 및 코팅 조성들은 본 발명의 제 1 특징에서 설명한 조성들과 일치한다. 와이어 인발대(wire drawing bench), 바람직하게는 습식 와이어 인발대 상에서, 와이어가 점진적으로 더 작은 금형들을 지나 순차적으로 인발되고, 이 기술은 당업계에 일반적이다. 이 방법의 특이점은 와이어가 최종적으로 분산된 부식 억제제를 인발 금형들 중 하나로 드래그(drag) 한다. 부식 억제제는 와이어에의 금형의 압축 작용에 의해 코팅의 외측 표면으로 압인된다(impressed). 부식 억제제는 하나의 금형, 예를 들어, 입구(즉, 가장 큰) 금형 또는 출구(즉, 가장 작은) 금형에서 와이어 상에 도포될 수 있다. 또는 억제제는 둘 이상의 금형에서 또는 전체 금형 시리즈의 모든 금형에서 와이어에 공급될 수 있다.
부식 억제제는 분말 형태로 제공될 수 있다. 이 경우, 부식 억제제는 고체 윤활제로서 강철 와이어 건식 인발 업계에서 일반적인 분말 비누(powder soap)에 혼합될 수 있다. 이러한 분말 혼합물은 금형의 입구에서 비누 박스를 통해 와이어를 안내하여 와이어와 함께 금형에 공급될 수 있다. 또는 부식 억제제는 와이어에 의해 금형 입구로 드래그 되는 액체 담체에 혼합될 수 있다. 부식 억제제가 아연 또는 아연 합금 코팅과 밀접하고 전기적인 접촉을 하는 것이 중요하다. 그러므로, 부식 억제제는 비누 잔류물을 인발하여 아연 또는 아연 합금 코팅으로부터 절연되지 않아야 한다.
바람직하게는 부식 억제제는 산화 마그네슘(MgO)이다. 산화 마그네슘 분말이 74㎛ 망을 지나도록 미세하게 연마된 것이 바람직하다.
다음에서, 윈도우 엘리베이터 시스템에 사용하기 위한 1.5mm 직경의 타입 19+8x7의 아연 코팅된 강철 와이어 로프에 수행된 실험실 규모 및 제조 환경에서의 일련의 시험들이 설명된다. 코드(cord)는 하기와 같이 만들어져 있다:
{[(0.15+6x0.14)3.5s+12x0.14]8.5s+8x(0.14++6x0.14)4.8z}12S
상이한 괄호 레벨들은 단일 작업들을 나타내고, 첨자들은 꼬임(lay) 길이들과 꼬임 방향들을 나타낸다. 코드는 코드 1km당 33.56m2의 와이어 면적과 9.78g/m의 선 중량을 갖는다. 반대로 지시되지 않으면, 로프 와이어들은 고온 침지 아연도금(hot dip galvaised)된, 코팅된 강철 와이어 로프 1kg당 약 100g의 기술적으로 순수한 아연 코팅(즉, 28g/m2 또는 3.9㎛의 평균 두께)을 얻었다.
첫 번째 일련의 시험들에서, 다수의 물질들이 실험실에서 평가되었다. 깨끗한 코드 샘플들이 표준 생산 코드들에 사용되는 것과 같은 표준 지방족 광유를 갖는 화합물들의 혼합물들로 코팅되었다. 각각 6개의 샘플들이 염수 분무 시험 챔버 내에 걸리고 매일 시각적으로 감시되었다. 첫 번째 어두운 갈색 얼룩들이 볼 수 있게 된 날이 기록되었다. 표 1에 언급된 결과는 6개의 샘플들의 평균값(hSS AVG), 최소값(hSS min), 최대값(hSS MAX)이다. 화합물들은 전체 혼합물에 대한 지정된 중량%에 따라 혼합물에 존재했다. 이러한 발견에 근거하여 MgO가 추가 조사를 위해 선택되었다.
번호 혼합물 hSS Avg hSS min hSS MAX
1 윤활제 84 72 96
2 윤활제 + 5% 벤지미다졸(benzimidazole) 116 96 144
3 윤활제 + 10% 산화 마그네슘 324 312 336
4 윤활제 + 10% 산화 아연 108 96 120
5 윤활제 + 10% 수산화 탄화 아연(zinc carbonate hydroxide) 116 96 144
6 윤활제 + 10% 수산화 탄화 마그네슘 180 168 192
7 윤활제 + 10% 수산화 아연 인산염 84 72 96
8 윤활제 + 10% 산화 알루미늄 84 72 96
9 윤활제 + 10% 수산화 규산 마그네슘 84 72 96
10 윤활제 + 5% 산화 마그네슘 + 5% 수산화 규산 마그네슘 156 144 168
11 윤활제 + 10% 수산화 마그네슘 156 144 168
12 윤활제 + 10% 스테아린산 마그네슘(Magnesium stearaat) 132 120 144
13 윤활제 + 10% 인산 수소 마그네슘 100 72 120
2번째 일련의 실험실 실험들에서, MgO의 영향은 피복되지 않고 탈지된(degreased) 케이블에 혼합물들을 도포하여 확인되었으며, 혼합물들의 안에는 증가된 양의 산화 마그네슘이 있었다. 다시 샘플들이 염수 분무 챔버 내에서 시험되었고, 그 결과들이 표 2에 요약되어 있다.
번호 혼합물 hSS Avg hSS min hSS MAX
14 윤활제 108 96 120
15 윤활제 + 15% MgO 556 432 648
16 윤활제 + 20% MgO 716 672 792
17 윤활제 + 25% MgO 884 816 1005
18 윤활제 + 30% MgO 828 816 840
19 윤활제 + 40% MgO 1140 1032 1248
3번째 일련의 실험들에서, 일련의 혼합물들이 산업용 규모로 시험되었다. 두 레벨의 아연 코팅 양을 갖는 와이어 로프들이 시험되었다: 와이어 표면의 28.0g/m2의 표준 코팅을 갖는 하나, 24.3g/m2의 감소된 코팅을 갖는 하나. 또한, 상이한 종류의 액체 담체, 즉 액체 이소파라핀(isoparaphine) 왁스가 사용되었다. 저 분자량을 갖는 이소파라핀은 쉽게 증발한다. 이 경우, 파라핀은 단순히 케이블의 와이어 표면 상에서 산화 마그네슘에 대한 분배자(distributor)로서 작용한다. 이 결과로부터 MgO의 긍정적인 효과들이 유지됨을 추론할 수 있다.
번호 액체 담체 Zn(gr/m2) mg/m2 MgO hSS Avg
20 윤활제 24.3 0 65
21 459 120
22 885 136
23 989 168
24 1138 256
25 28.0 0 85
26 72 144
27 272 248
28 504 248
29 1362 248
30 파라핀 28.0 180 280
4번째 일련의 실험들에서, 일정 양의 탄화 규소(8 내지 32 미크론의 그레인 사이즈)가 표면의 경미한 마모에 의한 산화 마그네슘의 작용에 대해 아연 코팅의 표면을 활성화시키고자 윤활제에 첨가되었다. 염수 분무 챔버에서 측정된 부식 저항이 탄화 규소의 작용에 의해 열화되거나 개선되지 않았지만, 다른 긍정적인 효과가 놀랍게도 발견되었다. 풀리들을 대체하는데 종종 사용되는 고정된 안내 부품들의 절삭 마모(cutting wear)가 사실상 사라졌음이 발견되었다: 정상 레벨의 마모가 100이었으면, SiC의 영향은 이를 40 심지어는 25로 감소시켰다. 시험은 7.5m/분의 안내 부품 속도-대-로프 그리고 120N의 부하로 수행되었다. POM 안내 부품의 곡률 반경은 15mm였고 로프는 부품의 180°를 커버한다. 마모는 5000회의 전후 사이클(즉, 10,000번 통과) 후에 평가되고 여기서 동일한 430mm의 로프가 안내 부품 상에서 활주한다. 어떤 윤활제도 시험 전에 추가되지 않는다.
본 발명자들은 본 발명이 모든 종류의 구성의 강철 와이어 로프들에 똑같이 잘 적용될 수 있고 이들의 용도는 윈도우 엘리베이터 시스템들에 한정되지 않고 모든 구동 시스템들[미닫이 문, 슬라이딩식 지붕(sliding rooftop), 차고 문, 커튼 구동장치, 브레이크 케이블, 클러치 케이블, 도어 걸쇠(door latch) 시스템, 비-포괄적인 목록임]에 적용될 수 있음을 강조하고 싶다.

Claims (14)

  1. 아연 또는 아연 합금이 코팅된 강철 와이어들을 포함하되, 상기 강철 와이어들이 부식 억제제를 포함하는 액체 담체 코팅을 더 포함하는 금속 와이어 로프에 있어서,
    상기 부식 억제제는 산화 마그네슘이고, 상기 산화 마그네슘은 상기 액체 담체에 미세하게 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 와이어 로프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액체 담체는 지방족 광유인 금속 와이어 로프.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속 와이어 로프의 와이어 표면의 평방 미터당 100mg이상의 산화 마그네슘이 존재하는 금속 와이어 로프.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속 와이어 로프의 와이어 표면의 평방 미터당 200mg이상의 산화 마그네슘이 존재하는 금속 와이어 로프.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 미세 분산된 산화 마그네슘의 평균 입자 사이즈는 1 내지 100㎛인 금속 와이어 로프.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 담체는 5 내지 50 미크론의 입자 사이즈를 갖는 연마제 분말를 추가로 포함하는 금속 와이어 로프.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 연마제 분말은 탄화 규소인 금속 와이어 로프.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속 와이어 로프 1kg당 0.1 내지 10g의 탄화 규소가 존재하는 금속 와이어 로프.
  9. 아연 또는 아연 합금 코팅으로 코팅된 하나 이상의 강철 와이어를 포함하는 금속 와이어 제품에 있어서,
    상기 아연 또는 아연 합금 코팅은 상기 아연 또는 아연 합금 코팅에 견고하게(solidly) 매립된 부식 억제제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 와이어 제품.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 부식 억제제는 산화 마그네슘인 금속 와이어 제품.
  11. > 아연 또는 아연 합금으로 코팅된 강철 와이어를 제공하는 단계;
    > 상기 아연 또는 아연 합금으로 코팅된 강철 와이어를 연속적으로 작아지는 금형(die)들을 통해 순차적으로 인발(drawing)하는 단계;
    들을 포함하는 강철 와이어 제품을 부식으로부터 보호하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 상기 금형에의 진입시, 최종적으로 분산되는 부식 억제제가 상 기 금속 와이어에 의해 상기 하나 이상의 금형으로 드래그 되고 이후에 상기 아연 또는 아연 합금으로 압인되는 것을 특징으로 하는 강철 와이어 제품의 부식에의 보호 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 미세하게 분산된 부식 억제제는 액체 담체에 의해 운반되고 상기 담체는 상기 와이어에 의해 상기 하나 이상의 금형으로 드래그 되는 강철 와이어 제품의 부식에의 보호 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 부식 억제제는 산화 마그네슘인 강철 와이어 제품의 부식에의 보호 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 산화 마그네슘은 74㎛ 망(mesh)을 통과한 것인 강철 와이어 제품의 부식에의 보호 방법.
KR1020087014606A 2005-12-21 2006-12-11 구동 시스템에 사용하기 위한 강철제 와이어 로프 KR101404645B1 (ko)

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EP05112555.7 2005-12-21
EP05112555 2005-12-21
PCT/EP2006/012069 WO2007071340A1 (en) 2005-12-21 2006-12-11 A steel wire rope for use in a drive system

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