DE69726052T2

DE69726052T2 - Stahlseil mit mehreren Litzen

Info

Publication number: DE69726052T2
Application number: DE69726052T
Authority: DE
Inventors: Pol Bruyneel; Rik Depraetere; Frans Van Giel
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2017-04-26
Also published as: ES2208813T3; BR9703435A; MX9704112A; DE69726052D1; TW317599B; ID17320A; KR980002975A; CA2202313A1; JPH1061723A; US5784874A; KR100456072B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlseil zum Verstärken von Steuerriemen oder Treibriemen. Im Folgenden bezieht sich der Begriff „Treibriemen" sowohl auf Treibriemen als auch Steuerriemen. Das Stahlseil ist ein so genanntes mehrlitziges Stahlseil, d. h. es umfasst eine Vielzahl von Litzen, die ineinander verdrillt sind, wobei jede dieser Litzen eine Vielzahl von Stahldrähten umfasst, die ineinander verdrillt sind.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Stahlseile haben eine Reihe von Eigenschaften aufzuweisen, um zum Verstärken von Steuerriemen und/oder Treibriemen geeignet zu sein.
Eine dieser Anforderungen ist, dass die Treibriemen in der Mitte der Führungsrollen laufen müssen und nicht dazu neigen dürfen, entweder an den senkrechten Flanken der Führungsrollen zu scheuern, oder, falls die Führungsrollen keine Flanken aufweisen, von den Rollen abzurutschen. Folglich müssen die Stahlseile zum Verstärken von Treibriemen frei von Restverwindung sein und müssen ein geringes Verwindungsmoment aufweisen, wenn sie in Längsrichtung belastet werden.
Eine weitere erforderliche Eigenschaft ist, dass Treibriemen sich nicht zuviel dehnen dürfen. Folglich muss auch die Längung der Verstärkungsstahlseile begrenzt sein.
Treibriemen sind durch mehrlitzige Stahlseile der Type m × n S/Z (oder Z/S) in brauchbarer Weise verstärkt worden. Diese Stahlseile weisen m Litzen auf, und jede Litze weist n einzelne Stahldrähte auf. Die Verdrehrichtung der n einzelnen Stahldrähte in den Litzen ist entgegengesetzt zur Verdrehrichtung der m Litzen im Seil, um ein niedriges Verwindungsmoment zu erhalten. Ein typisches und üblicherweise verwendetes mehrlitziges Stahlseil ist ein 3 × 3 S/Z-Seil.
Ein Nachteil dieser mehrlitzigen S/Z-Seile ist, dass die Fertigungsgeschwindigkeit sehr eingeschränkt ist, unabhängig davon, ob sie mit Rohrverdrillmaschinen („Seilherstellungsmaschinen") oder Doppelverdrillmaschinen („Bündelungsmaschinen") gefertigt werden oder nicht.
Wenn die mehrlitzigen S/Z-Seile mit Hilfe von Doppelverdrillmaschinen gefertigt werden, werden die Litzen zuerst in S-Richtung eingedreht und anschließend wird das Seil in Z-Richtung eingedreht. Während dem Eindrehen des Seils dreht sich jedoch die S-Verdrillung der Litzen zum Teil wieder auf, so dass die Litzen in S-Richtung viel weiter eingedreht werden müssen, als ihre endgültige Verdrillung im Seil. Das bedeutet, dass ein wesentlicher Teil der Verdrehenergie verloren geht.
Werden die mehrlitzigen S/Z-Seile mit Hilfe von Rohrverdrillmaschinen gefertigt, werden die Litzen zuerst in S-Richtung eingedreht und dann das Seil in Z-Richtung eingedreht. In diesem Fall erfolgt kein Aufdrehen während dem Eindrehen des Seils, so dass keine Verdrehenergie verloren geht. Jedoch bleibt die Fertigungsgeschwindigkeit eingeschränkt aufgrund des eingeschränkten Ausstoßes der Rohrverdrillmaschinen.
Im Fachgebiet gibt es bereits mehrlitzige S/S-Seile, die unter dem Namen Seile in Lang-Machart bekannt sind. Hierbei sind sowohl die Litzen als auch das Seil in derselben Verdrehrichtung eingedreht. Solche Seile können mit Hilfe von Doppelverdrillmaschinen auf wirtschaftliche Weise und ohne wesentlichen Verlust von Verdrehenergie gefertigt werden. Solche bekannten Seile sind jedoch aufgrund ihres unausgeglichenen Ver windungsmoments und ihrer großen Längung zum Verstärken von Treibriemen nicht geeignet.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des bisherigen Stands der Technik zu vermeiden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Seil bereitzustellen, dass mit einer hohen Fertigungsgeschwindigkeit hergestellt werden kann und das zum Verstärken von Treibriemen geeignet ist.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stahlseil mit einem brauchbar niedrigen Verwindungsmoment bereitzustellen.
Es ist eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stahlseil mit einer eingeschränkten Längung bereitzustellen.
Gemäß der Erfindung ist ein Stahlseil zum Verstärken von Steuerriemen oder Treibriemen bereitgestellt. Das Stahlseil umfasst nur zwei bis fünf Litzen, die fest in einer ersten Richtung mit einer Seilverdrillsteigung ineinander verdreht sind. Jede der Litzen umfasst nur zwei bis sieben Stahldrähte, die fest in derselben ersten Richtung mit einer Litzenverdrillsteigung ineinander verdreht sind. Der Begriff „fest" ist hier im Gegensatz zum Begriff „lose" verwendet. Loses Verdrillen bedeutet, dass infolge der geringen Axialspannungen während dem Verdrehen oder aufgrund großer Vorstauchung Makrozwischenräume zwischen benachbarten Drähten oder benachbarten Litzen gebildet sind. Bei hohen Axialspannungen werden die Drähte und die Litzen fest verdrillt, und keine Makrozwischenräume entstehen zwischen benachbarten Drähten oder Litzen. Der Begriff „Makrozwischenräume" bezieht sich auf Zwischenräume, die eine Länge, die größer ist als die Hälfte der entsprechenden Verdrillsteigung, aufweisen. Festes Verdrillen erfolgt, um die strukturelle Längung des Seils (die strukturelle Längung kann als Teillastlängung oder PLE gekennzeichnet sein) einzuschränken. Gemäß der Erfindung ist die PLE auf 0,40% beschränkt.
Die Stahldrähte weisen einen Durchmesser zwischen 0,03 und 0,40 mm, und vorzugsweise zwischen 0,03 und 0,20 mm, auf, um zum Verstärken von Treibriemen geeignet zu sein.
Das Verhältnis Litzenverdrillsteigung zu Drahtdurchmesser ist größer als 30, zum Beispiel größer als 40 oder größer als 50 oder sogar größer als 60, und das Verhältnis Seilverdrillsteigung zu Drahtdurchmesser ist größer als 30. Das Verhältnis Seilverdrillsteigung zu Litzenverdrillsteigung ist größer als 1, zum Beispiel größer als 1,2. Aus der Kombination dieser Anforderungen hinsichtlich Seilverdrillsteigung und Litzenverdrillsteigung folgt, dass das mehrlitzige Stahlseil gemäß der Erfindung auf wirtschaftliche Weise gefertigt werden kann (das heißt mit einer hohen Fertigungsgeschwindigkeit), dass das mehrlitzige Stahlseil ein Verwindungsmoment in brauchbarer Größe aufweist (wie im Weiteren erklärt), und dass das mehrlitzige Stahlseil eine eingeschränkte Teillastlängung aufweist.
Ein zusätzlicher Vorteil eines mehrlitzigen Stahlseils gemäß der Erfindung ist, dass es eine erhöhte Zugfestigkeit verglichen mit Stahlseilen nach dem bisherigen Stand der Technik aufweist.
Noch ein anderer Vorteil eines mehrlitzigen Stahlseils gemäß der Erfindung ist, dass es kein Auf drallen aufweist.
Die Teillastlängung oder PLE eines mehrlitzigen Stahlseils gemäß der Erfindung bei 50 Newton ist vorzugsweise kleiner als 0,40%.
Die vorzugsweise Anzahl von Litzen und die vorzugsweise Anzahl von Drähten in jeder Litze ist drei, da das die stabilste Anordnung ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In der Folge ist die Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
1 eine Querschnittsdarstellung eines mehrlitzigen Stahlseils gemäß der Erfindung zeigt;
2 eine Längsansicht eines mehrlitzigen Stahlseils gemäß der Erfindung zeigt;
3 und 4 schematisch die Weise darstellen, in der ein mehrlitziges Stahlseil gemäß der Erfindung hergestellt werden kann.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines mehrlitzigen Stahlseils 10 gemäß der Erfindung. Das Stahlseil 10 umfasst drei Litzen 12, und jede der Litzen umfasst drei Stahldrähte 14.
Wie auf der rechten Seite von 2 , die eine Längsansicht des Stahlseils 10 zeigt, zu sehen ist, sind sowohl die Litzen 12 als auch die einzelnen Stahldrähte 14 in S-Richtung verdrillt worden.
Im Folgenden wird erklärt, wie die Eigenschaften des mehrlitzigen Stahlseils 10 gemäß der Erfindung, und im Besonderen die Eigenschaften der Seilverdrillsteigung P_c und der Litzenverdrillsteigung P_s, ein Verwindungsmoment zur Folge haben, das trotz der in diesem Zusammenhang bestehenden Voreingenommenheit gegen SS-Seile im Allgemeinen brauchbar zum Verstärken eines Treibriemens ist.
Es wird angenommen, ein mehrlitziges Verstärkungsstahlseil 10 ist einer Längskraft F_a ausgesetzt, wie es bei Treibriemen der Fall ist, die gewöhnlich einer Längskraft von ungefähr 10 bis 100 Newton ausgesetzt sind. Diese Längskraft führt zu einer Reaktionskraft F_r, die von den Litzen 12 aufgenommen und entlang der Achsen 16 der Litzen 12, die einen Winkel α, den sogenannten Verdrillwinkel, zur Längsachse 18 des Stahlseils 10 bilden, weitergeleitet wird. Die Reaktionskraft F_r weist eine Axialkomponente F_r.a parallel zur Achse 18, und eine Tangentialkomponente F_r.t senkrecht zur Achse 18 auf. Es ist diese Tangentialkomponente F_r.t, die zu einem Verwindungsmoment führt, da ihr Angriffspunkt exzentrisch zur Längsachse 18 angeordnet ist.
Dieselbe Vektorkraftanalyse wie oben bezüglich der Litzen kann bezüglich der einzelnen Drähte wiederholt werden. Weisen die Litzen eine Verdrillrichtung auf, die der Verdrillrichtung des Seils entgegengesetzt ist, vermindert sich das Gesamtverwindungsmoment, und die Treibriemen zeigen eine geringere Neigung, von ihren Führungsrollen abzurutschen. Weisen die Litzen andererseits dieselbe Verdrillrichtung auf wie das Seil, erhöht sich das Gesamtverwindungsmoment, und die Treibriemen zeigen eine stärkere Neigung, von ihren Führungsrollen abzurutschen. Das ist der Grund, warum beim bisherigen Stand der Technik SS-Seile nicht zum Verstärken von Treibriemen verwendet worden sind.
Eine gründlichere Analyse führt jedoch zur folgenden Formel für die Tangentialkomponente Fr.t der Reaktionskraft F_r Fr.t = Fa × tg × α
Mit anderen Worten verhält sich die Tangentialkomponente Fr,t proportional zur Tangente des Verdrillwinkels α. Die Tangente des Verdrillwinkels α ist nun gleich: tg α = (2πr)/Pc wobei r der Radius der Achse einer Litze 12 und P_c die Seilverdrillsteigung ist, die auf der linken Seite von 2 dargestellt ist.
Je größer der Wert der Seilverdrillsteigung P_c ist, desto niedriger ist der Wert der Tangente von α und desto niedriger ist das Verwindungsmoment. Für unendliche Werte der Seilverdrillsteigung P_c, was bedeutet ein Seil 10, das Litzen 12 umfasst, die nicht ineinander verdrillt worden sind, gibt es kein Verwindungsmoment mehr. Es ist jedoch nicht notwendig, so weit zu gehen. Tatsächlich haben die Erfinder herausgefunden, dass bei einer Seilverdrillsteigung P_c und einer Litzenverdrillsteigung P_s, die beide mehr als das Dreißigfache des Drahtdurchmessers betragen, der Wert des erzeugten Verwindungsmoments trotz der Tatsache, dass die Seilverdrillrichtung und die Litzenverdrillrichtung dieselbe ist, brauchbar ist. Natürlich ist es umso besser, je größer die Seilverdrillsteigung P_c und je größer die Litzenverdrillsteigung P_s ist. Somit ist eine Seilverdrillsteigung P_c und eine Litzenverdrillsteigung P_s, die größer als das Vierzig- oder Fünfzigfache des Drahtdurchmessers sind, vorzuziehen.
3 und 4 zeigen wie ein mehrlitziges 3 × 3 SS-Seil gemäß der Erfindung mit einer Litzenverdrillsteigung P_s von 8 mm und einer Seilverdrillsteigung P_c von 12 mm mit Hilfe einer Doppelverdrillmaschine gefertigt werden kann. 3 zeigt die Herstellungsweise der Litzen 12 und 4 zeigt die Herstellungsweise des endgültigen Seils 10. Beginnend von der linken Seite von 3 werden die einzelnen Stahldrähte 14 von Vorratsspulen 20 gezogen und an einem Vereinigungspunkt 22 zusammengeführt. Die vereinigten Drähte 14 werden auf der Höhe einer ersten Rolle 24 ein erstes Mal in S-Richtung verdrillt und werden über einen Flügel 26 geführt, der sich in Richtung der Pfeile 27 dreht. Auf der Höhe einer zweiten Rolle 28 werden die teilweise verdrillten Drähte 14 ein zweites Mal in S-Richtung verdrillt, so dass eine Litze 12 teilweise gebildet ist. Die teilweise gebildete Litze 12 wird auf eine Spule 30 gewickelt. Hinsichtlich des letzten Seilherstellungsschritts, der noch zu erfolgen hat, ist es ausreichend, dass der Flügel 26 den Litzen 12 nur 41,67 Verdrillungen pro Meter gibt. Somit weist die teilweise gebildete Litze 12 eine Verdrillsteigung von 24 mm auf. Dieser Vorgang wird für jede der drei Litzen 12 wiederholt.
Nun werden die teilweise gebildeten Stahllitzen 12 beginnend von der linken Seite von 4 von Vorratsspulen 30 gezogen und an einem Vereinigungspunkt 32 zusammengeführt. Die vereinigten Litzen 12 werden auf der Höhe einer ersten Rolle 34 ein erstes Mal in S-Richtung verdrillt und werden über einen Flügel 36 geführt, der sich in Richtung der Pfeile 37 dreht, die der Richtung der Pfeile 27 entspricht. Auf der Höhe einer zweiten Rolle 38 werden die teilweise verdrillten Litzen 12 ein zweites Mal in S-Richtung verdrillt, so dass das endgültige mehrlitzige Stahlseil 10 gebildet wird. Das gebildete mehrlitzige Stahlseil 10 wird dann auf eine Spule 40 gewickelt. Der Flügel 36 gibt dem Seil 83,33 Verdrillungen pro Meter, so dass eine Seilverdrillsteigung P_c von 12 mm erreicht ist. Diese 83,33 Verdrillungen pro Meter sind zu den Verdrillungen hinzuzuzählen, welche die einzelnen Stahldrähte bereits während dem Litzenherstellvorgang erhalten haben, so dass die einzelnen Stahldrähte schließlich 41,67 + 83,33 = 125 Verdrillungen pro Meter erhalten, und so dass eine endgültige Litzenverdrillsteigung P_s von 8 mm erreicht ist. Bei diesem Vorgang werden die Verdrillungen, die den einzelnen Drähten 14 während dem letzten Seilherstellungsvorgang gegeben werden, zu den Verdrillungen hinzugezählt, die bereits während dem Litzenherstellungsvorgang gegeben worden sind, so dass keine Verdrehenergie verloren geht und so dass die Fertigungsgeschwindigkeit hoch ist.
Im Allgemeinen kann der Verlust von Verdrehenergie vermieden werden, wenn die Seilverdrillsteigung P_c größer ist als die Litzenverdrillsteigung P_s.
Test 1.
Die Verwindungsmomente als Funktion ansteigender Längsbelastungen sind an einer Anzahl von Seilen gemessen worden. Für jede Längsbelastung ist das Verwindungsmoment am Seil, das gemäß dem oben beschriebenen Verfahren gefertigt worden ist, sowie am Seil nachdem es 30 Minuten lang einer Spannungsentlastung bei 150°C unterzogen worden ist, gemessen worden. Die Testgrundlage für jedes Seil sind 500 mm. Die Verwindungsmomente sind an einer Universalverwindungsmaschine gemessen worden.
Tabelle 1 fasst die Ergebnisse zusammen.
Tabelle 1
Im Allgemeinen kann von Tabelle 1 abgeleitet werden, dass die Werte für die Verwindungsmomente mit steigender Litzenverdrillsteigung P_s und mit steigender Seilverdrillsteigung P_c abnehmen.
Bemerkenswert ist, dass das letzte Seilmuster der Tabelle, das 3 × 3 × 0,15 9,6S/16S-Seil, keinen Anstieg des Verwindungsmoments mit steigender Längsbelastung zeigte, und ein Verwindungsmomentniveau zeigte, das sogar wesentlich unter dem Verwindungsmomentniveau des 3 × 3 × 0,15 9Z/8S-Seils nach dem bisherigen Stand der Technik lag.
Test 2.
In einem zweiten Test ist die Teillastlängung PLE bei 50 Newton (in %), die Zugfestigkeit R_m (in MPA oder Newton/mm²) und das Auftreten oder Ausbleiben von Aufdrallen für dieselben Seilmuster wie in Test 1 bestimmt worden.
Tabelle 2 fasst die Ergebnisse zusammen.
Tabelle 2
Im Allgemeinen nimmt die Teillastlängung PLE mit steigenden Litzenverdrillsteigungen P_s und mit steigenden Seilverdrillsteigungen P_c ab. In derselben Weise steigt die Zugfestigkeit R_m mit steigenden Litzenverdrillsteigungen P_s und mit steigenden Seilverdrillsteigungen P_c. Keines der mehrlitzigen SS-Seile weist ein Aufdrallen auf, während das mehrlitzige ZS-Seil nach dem bisherigen Stand der Technik ein Aufdrallen aufweist, das heißt die Drahtenden oder Litzenenden springen nach dem Abschneiden auseinander.
Ein weiterer Vorteil des mehrlitzigen SS-Seils gemäß der Erfindung ist, dass die Herstellkosten um 30% oder sogar noch mehr billiger sind als die Herstellkosten eines SZ-Seils nach dem bisherigen Stand der Technik.
Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung von einer besonderen Beschichtung der Stahldrähte unabhängig ist. So können die Stahldrähte eines mehrlitzigen Stahlseils gemäß der Erfindung mit einer an Gummi haftenden Beschichtung versehen werden, falls der Treibriemen aus Gummi besteht. Eine solche an Gummi haftende Beschichtung kann Messing, Bronze oder eine andere Zweistoffkupferlegierung, wie CuNi oder CuCo, oder eine Dreistoffkupferlegierung, wie Cu-Zn-Ni, CuSnCo, CuZnSn oder Cu-Zn-Co sein.
In derselben Weise können die Stahldrähte eines mehrlitzigen Stahlseils gemäß der Erfindung mit einer rostbeständigen Beschichtung, wie zum Beispiel Zink oder einer Zinklegierung (zum Beispiel einer Zinkaluminiumlegierung, die zum Beispiel eine eutekoidische Zusammensetzung von ungefähr 95% Zn und ungefähr 5% Al aufweist) versehen sein, falls der Treibriemen aus einem Polymer wie Polyurethan besteht.

Claims

Stahlseil (10) zum Verstärken von Steuerriemen oder Treibriemen, wobei das Stahlseil nur zwei bis fünf Litzen (12) umfasst, die in einer ersten Richtung mit einer Seilverdrillsteigung ineinander verdrillt sind, jede der Litzen (12) nur zwei bis sieben Stahldrähte (14) umfasst, die in der ersten Richtung mit einer Litzenverdrillsteigung ineinander verdrillt sind, die Stahldrähte (14) einen Durchmesser zwischen 0,03 und 0,40 mm aufweisen, das Verhältnis zwischen Litzenverdrillsteigung und Drahtdurchmesser größer als 30 ist, das Verhältnis zwischen Seilverdrillsteigung und Drahtdurchmesser größer als 30 ist, das Verhältnis zwischen Seilverdrillsteigung und Litzenverdrillsteigung größer als 1 ist, wobei die Litzen fest ineinander verdrillt sind und die Drähte fest ineinander verdrillt sind, so dass die Teillastlängung des Stahlseils bei 50 Newton kleiner als 0,40% ist.
Stahlseil nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Litzen drei ist.
Stahlseil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Stahldrähte in jeder Litze drei ist.
Stahlseil nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis zwischen Seilverdrillsteigung und Litzenverdrillsteigung größer als 1,2 ist.
Stahlseil nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis zwischen Litzenverdrillsteigung und Drahtdurchmesser größer als 40 ist.
Stahlseil nach Anspruch 5, wobei das Verhältnis zwischen Litzenverdrillsteigung und Drahtdurchmesser größer als 50 ist.
Stahlseil nach Anspruch 6, wobei das Verhältnis zwischen Litzenverdrillsteigung und Drahtdurchmesser größer als 60 ist.