ES2939826T3

ES2939826T3 - Cable de acero para refuerzo elastomérico

Info

Publication number: ES2939826T3
Application number: ES18786364T
Authority: ES
Inventors: Gerd Morren; Wouter Vanreyten
Original assignee: Bekaert Advanced Cords Aalter NV
Current assignee: Bekaert Advanced Cords Aalter NV
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2023-04-27
Anticipated expiration: 2038-10-22
Also published as: WO2019081411A1; JP7296957B2; KR20200071738A; JP2021500491A; PL3701083T3; US11280047B2; EP3701083A1; EP3701083B1; CN111247292B; FI3701083T3; US20200248404A1; CN111247292A; HUE061276T2

Abstract

Se presenta un cordón de acero para el refuerzo de productos elastoméricos como correas elevadoras, correas transportadoras, correas síncronas o de distribución o mangueras o llantas. El cordón de acero comprende hebras y monofilamentos hechos de filamentos de acero. Los propios hilos también están hechos de filamentos de acero retorcidos entre sí. Los hilos forman la capa exterior del cable de acero. Los monofilamentos se retuercen en el hilo con la misma longitud y dirección de tendido que los hilos y se colocan en los valles entre los hilos en el lado exterior radial del hilo de acero. El hilo de acero tiene la ventaja de que tiene un mejor factor de relleno y un aspecto más redondo. Además, los monofilamentos pueden actuar como un indicador de desgaste temprano del producto de elastómero. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cable de acero para refuerzo elastomérico

Campo técnico

La invención se refiere a un cable de acero para refuerzo elastomérico de productos elastoméricos, tales como neumáticos, manguitos, correas, tales como correas de transmisión, correas síncronas y cintas elevadoras elaboradas de caucho o elastómeros termoplásticos, tales como elastómeros termoplásticos a base de poliuretano. Antecedentes de la técnica

Dentro del campo del refuerzo elastomérico, es abundante el uso del cable de acero. Los cables de acero se usan para reforzar la correa y la carcasa de los neumáticos, las paredes de manguitos pequeñas y grandes y también correas, tales como correas de transmisión, correas síncronas, también conocidas como correas de distribución, correas planas, correas de accionamiento y similares. En los últimos años, el uso de correas en los ascensores se ha disparado, ya que este desarrollo permitió la eliminación de la sala de máquinas en la parte superior del hueco del ascensor (documento US6739433).

Asimismo, en ese caso, los cables de acero son actualmente la forma preferida de reforzar la correa, ya que los cables de acero se pueden elaborar con una alta resistencia, una alta rigidez axial y una baja fluencia. Además, el cable de acero ofrece suficiente resistencia al fuego y garantiza una larga vida útil. Las correas de los ascensores se producen mediante la disposición cables de acero paralelos entre sí en una red antes de incrustarlos en una cubierta de elastómero elaborada de caucho o poliuretano termoplástico. Este último material es actualmente el más preferido, ya que se puede adaptar fácilmente a las necesidades de una correa para ascensores en términos de fricción, resistencia al desgaste y al fuego. Además, ya que no hay necesidad de una etapa de vulcanización como en el caso del caucho, la producción es energéticamente eficiente.

Las correas de los ascensores son una parte relacionada con la seguridad de un ascensor y, por lo tanto, necesitan una consideración especial. Uno de los requisitos es que, si la correa de un ascensor se deteriorara hasta el punto de que su uso posterior fuera inseguro, esto debe ser evidente en la correa. Por lo tanto, se ha sugerido un equipo bastante elaborado que permite controlar el deterioro del cable de acero en la correa. Estos métodos se basan principalmente en un cambio en la resistencia eléctrica de los cables de acero en la correa (documentos EP 1732837 y EP2172410). Este cambio en la resistencia puede tener su origen en las fracturas de alambre, la corrosión por frotamiento o el deterioro de la cubierta de elastómero.

Por regla general, una correa debe ser capaz de soportar al menos el 80 % de su carga de rotura original cuando se deba sustituir. El problema es que el deterioro de una correa de ascensor reforzada con cable de acero es muy lento y, en la práctica, rara vez se alcanza este límite. Los cables de acero se deterioran juntos gradualmente y resulta extremadamente raro que, debido a la fractura de un solo cable de acero, se produzca una caída en la carga de rotura de la correa. La cubierta de elastómero muchas veces se desgasta más rápido que los cables de acero y la principal razón para cambiar las correas no es que los cables de acero se hayan deteriorado, sino que el desgaste del elastómero sea demasiado alto.

Una técnica anterior próxima, BE655591, describe un cable de acero en donde las hebras externas se colocan, como alternativa, con monofilamentos de acero gruesos intercalados, retorcidos juntos con la misma longitud y dirección de paso del cable. Los monofilamentos de acero tienen el mismo diámetro que las hebras externas. Los centros de los monofilamentos se sitúan en el mismo círculo que los centros de las hebras externas.

Por lo tanto, los inventores se han propuesto la tarea de desarrollar un cable de acero para el refuerzo de una correa para ascensores que sea duradero y, al mismo tiempo, proporcione una indicación clara del final de su vida útil sin poner en peligro la seguridad del ascensor.

Divulgación de la invención

El objeto principal de la invención consiste en proporcionar un cable de acero para el refuerzo de un elastómero. Más específicamente, el cable de acero está adaptado para reforzar una correa de ascensor. El cable de acero tiene características integradas que permiten una detección a tiempo, es decir, ni demasiado pronto ni demasiado tarde, de un fallo inminente de la correa sin poner en peligro la seguridad del ascensor. Además, el cable de acero proporciona una mayor resistencia dentro de la misma área circunferencial. El método para controlar la resistencia de la correa es sencillo y eficaz.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un cable de acero que tiene las características de la reivindicación 1. El cable de acero comprende hebras y monofilamentos elaborados de acero. Las hebras en sí mismas se elaboran de filamentos de acero que se retuercen juntas con una longitud y dirección de paso de la hebra. Las hebras, a su vez, se retuercen juntas con una longitud y dirección de paso del cable. Las hebras forman la capa externa del cable de acero. En una realización preferida, los filamentos tienen una sección transversal perpendicular redonda.

La característica del cable de acero es que los monofilamentos se retuercen con la longitud y la dirección de paso del cable y rellenan los huecos entre las hebras adyacentes en el lado externo radial de la capa externa de hebras del cable de acero. Con la expresión 'en el lado externo radial de la capa externa de hebras' se quiere decir que el centro de los monofilamentos se sitúa radialmente hacia fuera del círculo formado por los centros de las hebras. El diámetro de los monofilamentos es mayor que el espacio entre las hebras adyacentes. El espacio entre hebras adyacentes es la distancia mínima entre dos cilindros que circunscriben las hebras. En una realización preferida, los filamentos tienen una sección transversal perpendicular redonda. El diámetro del monofilamento es el promedio del diámetro Feret mínimo y máximo medido entre yunques paralelos de un micrómetro perpendicular al eje del filamento. Como resultado, los monofilamentos están en contacto o pueden estar en contacto con dos hebras adyacentes de la capa externa del cable de acero y no con, por ejemplo, el núcleo del cable de acero si tal núcleo estuviera presente. Más específicamente, cada monofilamento está en contacto o puede estar en contacto con solo dos hebras próximas de la capa externa de hebras del cable de acero.

Se ha elegido la palabra 'monofilamento' o 'monofilamentos' en lugar de la expresión 'filamentos de relleno', ya que se conocen bien estos últimos por rellenar los intersticios interiores entre filamentos de paso paralelos entre sí en construcciones de paso en paralelo, también conocidas como 'construcciones de relleno' como tales. Los monofilamentos en el sentido de la presente solicitud no rellenan los intersticios interiores y son visibles desde el exterior a diferencia de los 'filamentos de relleno' que permanecen ocultos. Los monofilamentos de acuerdo con la invención también son más grandes de lo que cabría esperar de los filamentos de relleno.

En una realización alternativa y reducida, el cable de acero también puede consistir completamente en filamentos de acero, es decir, las hebras consisten en filamentos de acero, así como en monofilamentos.

Preferentemente, las hebras son del tipo '1+n', es decir, un filamento de acero central alrededor del cual se retuercen 'n' filamentos de acero externos. Las hebras del tipo 1+4, o 1+5 o 1+6 son las más preferidas. También se pueden considerar las hebras sencillas en capas, tales como 3+6 o 3+9. Tales hebras tienen una hebra interna de tres filamentos de acero retorcidos juntos alrededor de los cuales se retuercen, respectivamente, seis o nueve filamentos externos con una longitud y/o dirección de paso diferente. Las hebras también pueden ser del tipo de un solo paso en donde todos los filamentos se retuercen juntos con la misma longitud de paso. Los ejemplos son 3x(d⁰|d¹|d²) en donde las relaciones d¹/d⁰son de aproximadamente 1,5 y d²/d⁰son de aproximadamente 1,85 y proporcionan un alto grado de llenado (véase, por ejemplo, el documento US3358435). Como alternativa, el núcleo puede ser del tipo 3x(d⁰|2xd¹|d²), tal como se describe en el documento US4829760, en donde d²/d⁰es de aproximadamente 1,14 y d¹/d⁰es de aproximadamente 0,79. En esta configuración, los filamentos d²de gran tamaño rellenan el espacio entre los filamentos d^ü. Entre cada par de filamentos d², se anidan dos filamentos d¹de menor tamaño. 'dⁱ' representa el diámetro de todos los filamentos en la capa 'i' que tienen la misma distancia respecto al centro de la hebra.

El acero del que se elaboran los filamentos de acero de las hebras es acero no aleado con alto contenido de carbono con una composición típica que tiene un contenido mínimo de carbono del 0,40 %, por ejemplo, por encima del 0,65 %, un contenido de manganeso que varía del 0,40 % al 0,70 %, un contenido de silicio que varía del 0,15 % al 0,30 %, un contenido máximo de azufre del 0,03 %, un contenido máximo de fósforo del 0,30 %, siendo todos los porcentajes en peso. Hay únicamente trazas de cobre, níquel y/o cromo. Cuando el contenido mínimo de carbono está en torno al 0,80 % en peso, por ejemplo, del 0,775 al 0,825 % en peso, se habla de acero de alta tracción. Los filamentos de acero de las hebras tienen una resistencia a la tracción de al menos 2.000 MPa, preferentemente por encima de 2.700 MPa, mientras que las resistencias superiores a 3.000 MPa, tales como 3.500 MPa, son actuales. En la actualidad, se ha obtenido un máximo de 4.200 MPa en alambres muy finos. Tales resistencias altas se pueden lograr mediante el estirado en frío de los filamentos en un grado suficiente a partir de acero que tenga un contenido de carbono superior al 0,65 % en peso de carbono.

Los monofilamentos se pueden elaborar del mismo tipo de acero que los filamentos de las hebras, es decir, acero con alto contenido en carbono con una resistencia a la tracción de por encima de 2.000 a aproximadamente 3.500 MPa.

En una realización alternativa e igualmente preferida, los monofilamentos se elaboran de un tipo de acero diferente al de los filamentos de las hebras. Por ejemplo, estos se pueden elaborar de acero con bajo contenido de carbono. El acero con bajo contenido de carbono tiene una composición con un contenido de carbono que varía entre el 0,04 % en peso y el 0,20 % en peso. La composición completa puede ser la siguiente: un contenido de carbono del 0,06 % en peso, un contenido de silicio del 0,166 % en peso, un contenido de cromo del 0,042 % en peso, un contenido de cobre del 0,173 % en peso, un contenido de manganeso del 0,382 % en peso, un contenido de molibdeno del 0,013 % en peso, un contenido de nitrógeno del 0,006 % en peso, un contenido de níquel del 0,077 % en peso, un contenido de fósforo del 0,007 % en peso, un contenido de azufre del 0,013 % en peso.

Los monofilamentos pueden tener, en determinadas realizaciones, una resistencia a la tracción por debajo de 2.000 MPa. Proporcionando menos deformación por estirado en frío y/o usando aceros con contenidos de carbono más bajos, tales como, por ejemplo, del 0,40 % en peso de acero con bajo contenido de carbono o al carbono, se pueden obtener resistencias más bajas, tales como resistencias a la tracción por debajo de 2.000 MPa, por ejemplo, entre 500 y 2.000 MPa.

En determinadas realizaciones, se prefiere que los monofilamentos sean magnetizables, es decir, que se elaboren de materiales ferromagnéticos. Los materiales ferromagnéticos tienen una permeabilidad magnética relativa mayor de uno, de preferencia por encima de 50. El acero con bajo y ato contenido de carbono son materiales magnetizables.

Los monofilamentos se añaden principalmente como 'indicadores de vida útil'. Ya que estos se posicionan en el exterior del cable de acero, se someten a mayores esfuerzos de flexión y tracción en comparación que si se hubieran colocado en el interior. Mediante la adaptación momentánea del tamaño y la resistencia a la tracción de los monofilamentos, se puede ajustar el intervalo de tiempo aproximado en el que se rompen los monofilamentos. Los monofilamentos de mayor diámetro se romperán antes que los monofilamentos de menor diámetro debido a los mayores esfuerzos de flexión. De acuerdo con la invención, los monofilamentos de menor resistencia a la tracción, tales como, por ejemplo, entre 1.200 y 2.000 MPa, se romperán antes que los monofilamentos de alta resistencia a la tracción, ya que el límite elástico de los monofilamentos de menor resistencia a la tracción es más bajo. Los monofilamentos de menor resistencia a la tracción se pueden combinar con monofilamentos de mayor diámetro y se romperán antes.

Además, como los monofilamentos se sitúan en el lado radial externo de la capa externa de hebras, si estos se rompen, perforarán el polímero en el que se incrustan y, de ese modo actuarán como indicador de la vida útil. Estos filamentos perforados se pueden detectar visualmente.

Como alternativa, los monofilamentos perforados pueden actuar como contacto eléctrico entre el cable de acero y la polea sobre la que se desplaza el producto de elastómero. Con este fin, se mantiene una tensión eléctrica entre la polea en una polaridad (por ejemplo, tierra) y el cable de acero en la otra polaridad. Como el cortocircuito eléctrico únicamente se producirá cuando el monofilamento perforado toque la polea, este contacto temporal puede actuar como indicador de posición de la fractura. Por ejemplo, si el producto de elastómero es una correa de ascensor, se puede contar el número de cortocircuitos que se producen durante el viaje de un ascensor. Tan pronto como el número total de fracturas sea superior a un determinado número, se emite una indicación de que la correa del ascensor se debe sustituir.

En otra realización preferida, la dirección de paso de las hebras es opuesta a la dirección de paso del cable. Esto tiene la ventaja de que, entre los filamentos de hebra más próximos a los monofilamentos, se formarán huecos que permitirán la entrada de material polimérico, lo que permite, de ese modo, un anclaje mecánico suficiente del polímero. Con la expresión 'filamentos de hebra más próximos a los monofilamentos' se entiende los filamentos externos de la hebra que tocan o casi tocan los monofilamentos. Por supuesto, para sorpresa de los inventores, no se observó ningún efecto adverso sobre el anclaje mecánico del cable de acero cuando se usaba una dirección de paso opuesta entre la hebra y el cable.

En otra realización preferida, los monofilamentos permanecen dentro del círculo circunscrito a las hebras del cable de acero. El 'círculo circunscrito a las hebras del cable de acero' es el círculo con el diámetro más pequeño que sigue rodeando todas las hebras, pero no necesariamente los monofilamentos. Sin embargo, se prefiere que los monofilamentos permanezcan dentro de ese círculo de tal manera que el cable de acero obtenga una sección transversal más redonda en su conjunto que facilite su transformación en un producto elastomérico.

Además, la presencia de los monofilamentos aumenta la carga de rotura del cable de acero sin aumentar su diámetro porque los monofilamentos aumentan el factor de relleno metálico. El factor de relleno metálico es la relación de la sección transversal metálica del cable dividida por el área del círculo que lo circunscribe. La sección transversal metálica del cable de acero es, para los fines de la presente solicitud, la suma de todas las áreas de la sección transversal perpendicular individuales de cada filamento en el cable de acero.

Tal como se ha mencionado, el diámetro de los monofilamentos influye en su longevidad a la fatiga. Por lo tanto, se prefiere que los monofilamentos tengan un diámetro mayor que el diámetro de los filamentos de hebra más próximos a los filamentos de acero de relleno de modo que fallen antes que los filamentos de hebra. Llevando esto más allá, resulta ventajoso para la invención que los monofilamentos tengan un diámetro que sea mayor que el diámetro de cualquier otro filamento en el cable de acero. El mayor diámetro de los monofilamentos también reduce la fricción de los filamentos externos en contacto de las hebras. El diámetro del monofilamento debe permanecer más bajo que el diámetro de las hebras. Si el diámetro del monofilamento es aproximadamente el diámetro de la hebra, la rigidez del cable de acero se vuelve demasiado alta y el cable deja de ser apto para su fin. Ventajosamente, el diámetro del monofilamento es inferior a la mitad del diámetro de las hebras, o incluso inferior, tal como, por ejemplo, del 40 %, el 35 o incluso el 30 % del diámetro de las hebras. Por el contrario, el diámetro del monofilamento no puede ser más pequeño que el espacio más pequeño entre las hebras externas, ya que, de lo contrario, el monofilamento quedaría atrapado entre las hebras, lo que es una situación muy indeseable.

En una realización más refinada, el diámetro del monofilamento es entre el 1 y el 20 % mayor, o entre el 5 y el 20 % mayor o incluso entre el 5 y el 15 % mayor que el diámetro del filamento de hebra más próximo. Por lo tanto, si el filamento externo tiene un diámetro 'dü', el monofilamento 'dT tiene un diámetro entre 1,01 x dü y 1,20 x dü, o entre 1,05 x d0 y 1,20 x d0 o incluso entre 1,05 x d0 y 1,15 x d0.

En una realización no de acuerdo con la invención, los monofilamentos tienen una resistencia a la tracción que es sustancialmente igual a la resistencia a la tracción de los filamentos de hebra más próximos a los monofilamentos. Si la resistencia a la tracción es aproximadamente igual y los diámetros de los filamentos próximos no difieren demasiado, la fricción entre los filamentos próximos no será excesiva. Con la expresión 'sustancialmente igual' se entiende que la diferencia absoluta entre las dos resistencias a la tracción es inferior a 200 N/mm2.

De acuerdo con la invención, se eligen monofilamentos que tienen una resistencia claramente inferior a la resistencia a la tracción de los filamentos de hebra más próximos a los monofilamentos. De esta manera, los monofilamentos serán más susceptibles a la fricción y, por lo tanto, indicarán una fractura a tiempo, mientras que los filamentos externos de las hebras aún no se han erosionado.

Con el fin de evitar que, en caso de que todos los monofilamentos del cable de acero se rompan en el mismo punto, la carga de rotura del cable de acero descienda por debajo del 80 % de la carga de rotura original, es mejor que la contribución de todos los monofilamentos a la carga de rotura del cable de acero sea menor del 20 % de esta última. Si fuera mayor, la carga de rotura restante después de que todos los monofilamentos se hayan roto en un punto descendería por debajo del 80 % de la carga de rotura original. Por otro lado, resulta ventajoso que la contribución de los monofilamentos a la carga de rotura total sea al menos del 5 % o incluso del 10 %.

En una refinación adicional de la invención, la relación del área de la sección transversal de un monofilamento respecto al área de la sección transversal metálica total de todos los filamentos de acero, incluyendo los monofilamentos, en el cable de acero está entre el 2 % y el 5 %. En otras palabras: el área de la sección transversal de uno de dichos monofilamentos está entre el 2 % y el 5 % del área de la sección transversal metálica total de dicho cable de acero. Más preferentemente, un monofilamento representa al menos el 3 % o incluso más del 4 % del área de la sección transversal metálica total del cable de acero. De ello se deduce que, si un monofilamento se rompe, el área de la sección transversal metálica del cable de acero disminuirá entre el 2 % y el 5 % del área de la sección transversal metálica total original.

Como el área de la sección transversal de un monofilamento es relativamente grande en comparación con los filamentos de hebra, la masa asociada al monofilamento será concomitantemente grande. Cuando uno de los monofilamentos se fractura, la perturbación en un detector de flujo magnético será suficiente para detectarse siempre que el monofilamento sea magnetizable. Los detectores de flujo magnético son dispositivos conocidos para la detección fracturas de filamentos en cuerdas o correas.

En una realización alternativa, al menos uno, dos o más o todos los monofilamentos pueden estar recubiertos con una capa eléctricamente aislante. La capa eléctricamente aislante puede ser, por ejemplo, una laca o un recubrimiento de polímero extruido. Tal realización brinda la posibilidad de detectar la fractura de un monofilamento mediante la medición de la resistencia eléctrica. Por ejemplo, se puede controlar la resistencia de cada monofilamento individual. Como alternativa, se puede controlar la resistencia de todos los monofilamentos tomados en paralelo.

En una realización alternativa, al menos uno o dos o más o todos los monofilamentos se debilitan localmente a intervalos.

Con la expresión 'se debilitan localmente' se entiende que la carga de rotura se reduce localmente en una longitud corta, por ejemplo, en menos de cinco veces o menos de dos veces el diámetro del monofilamento. Tal debilitamiento se puede realizar mediante la deformación mecánica del alambre localmente, por ejemplo, mediante la extricción, la expresión o el aplanamiento del alambre. Como alternativa, el debilitamiento se puede realizar mediante la alteración local de la estructura metalográfica del acero, por ejemplo, mediante el calentamiento local del alambre por medio de un pulso láser.

Con la expresión 'a intervalos' se quiere decir que el debilitamiento es recurrente a lo largo del/de los monofilamento/s. La recurrencia puede ser irregular, es decir, aleatoria, pero preferentemente es regular o periódica. La distancia entre los puntos debilitados localmente puede estar entre una décima (0,1 veces) y una centésima (100 veces) parte de la longitud de paso de cable.

El fin del debilitamiento es tener un punto débil controlado donde el alambre de relleno se rompa preferentemente y de manera controlada.

De acuerdo con una realización muy preferida adicional, el cable de acero comprende un núcleo alrededor del cual se retuercen las hebras de la capa externa junto con los monofilamentos. De acuerdo con una primera realización, el núcleo comprende o consiste en fibras orgánicas naturales o sintéticas que se retuercen en hilos. Los hilos se pueden retorcer adicionalmente en una cuerda de núcleo. Por fibras orgánicas se entiende fibras elaboradas de polímeros basados en la química del carbono, incluido el carbono puro. Estas pueden ser de origen natural, tales como el algodón, el lino, el cáñamo, la lana, el sisal o materiales similares. Como alternativa, los hilos se pueden elaborar de fibras de carbono, polipropileno, nilón o poliéster. Preferentemente, los hilos se elaboran de fibras de polímero de cristal líquido (LCP, por sus siglas en inglés), aramida, polietileno de alto peso molecular, polietileno de ultraalto peso molecular, poli(p-fenileno-2,6)-benzobisoxazol y mezclas de los mismos.

Más preferentemente, el núcleo comprende o consiste en filamentos de acero retorcidos juntos para formar una hebra de núcleo. Las posibles hebras de núcleo son:

• un solo filamento de acero;

• 2, 3, 4 o 5 filamentos de acero retorcidos juntos en una hebra de núcleo que es la más preferida;

• hebras de una sola capa, tales como 1+3, 1+4, 1+5, 1+6, 1+7 o 1+n que representan un solo filamento de acero alrededor del cual se retuercen, respectivamente, 3, 4, 5, 6, 7 o 'n' filamentos. Los diámetros del filamento se eligen de modo que tengan suficiente relleno metálico;

• cables en capas, tales como 3+6, 3+9, 1+6+12, 3+9+15, 4+10+16, en donde cada capa sucesiva comprende más filamentos. Las capas están retorcidas una encima de la otra, en donde cada capa es al menos diferente en la longitud de paso y/o en la dirección de paso;

• cables de un solo paso en donde todos los filamentos se retuercen con la misma dirección y longitud de paso, tales como los cables compactos, las hebras Warrington, las hebras Selle, tales como 3|9, 3|3|6, 115|5|5, 116|6|6, y similares.

El diámetro del núcleo se puede medir por medio de un calibrador que tenga yunques paralelos. Para el fin de la presente solicitud, como diámetro del núcleo, se toma el diámetro máximo determinado en diferentes ángulos a través de un plano perpendicular a la hebra por medio de un micrómetro que tiene yunques de plato circular. De la misma manera, se puede determinar el diámetro de la hebra. Una realización preferida es que el diámetro del núcleo sea más pequeño que el diámetro de la hebra.

Al limitar el número de hebras externas a tres, cuatro o cinco, el diámetro del núcleo será necesariamente menor que el diámetro de la hebra externa, cuando se desea obtener un cable de acero que sea estable durante su uso. Con la expresión 'estable durante su uso' se quiere decir que los filamentos y las hebras no se mueven excesivamente unos contra otros durante su uso. Asimismo, cuando el número de hebras es tres, cuatro o cinco, el diámetro de los monofilamentos es mayor cuanto mayores son los huecos formados entre las hebras. Cuando, por ejemplo, se usan seis hebras, cada una de las cuales comprende un filamento de acero alrededor del cual se retuercen seis filamentos de acero externos, el diámetro de los monofilamentos es aproximadamente igual al de los filamentos de acero externos, lo que es una situación menos preferida.

En otra realización preferida del cable de acero, los monofilamentos tienen un diámetro de al menos 0,25 mm. Posiblemente, todos los demás filamentos sean entonces menores de 0,25 mm, lo que hace que los monofilamentos sean los más grandes del cable de acero. El diámetro global del cable de acero es preferentemente inferior a 3 mm, inferior a 2 mm o incluso inferior a 1,8 mm, por ejemplo, de aproximadamente 1,5 mm. Como la profundidad de los huecos entre las hebras externas aumenta con el diámetro del cable de acero, un diámetro demasiado grande dará como resultado diámetros de relleno excesivamente grandes que conducirán a un fallo prematuro y una rigidez a la flexión extrema. Por lo tanto, el cable de acero no se puede aumentar simplemente a diámetros más altos sin ceder en otras propiedades. Por lo tanto, los inventores limitan el uso práctico de la invención a los monofilamentos con un diámetro máximo de 0,50 mm o incluso por debajo de 0,40 mm, por ejemplo, por debajo de o igual a 0,35 mm. Todos los demás filamentos se encuentran entonces preferentemente también por debajo de ese diámetro.

El cable de la invención muestra algunas características ventajosas en comparación con los cables de la técnica anterior:

• como la carga de rotura de los monofilamentos siempre se suma a la carga de rotura total, se puede lograr una mayor carga de rotura en comparación con el mismo cable sin monofilamentos;

• los alambres de relleno se añaden como indicadores de la vida útil y se romperán primero. La rotura se puede detectar mediante detección visual, eléctrica o magnética;

• incluso en los casos en los que se rompen todos los monofilamentos, se sigue garantizando que la carga de rotura del cable de acero sea superior al 80 % de la carga de rotura original;

• la hebra de núcleo es más pequeña que las hebras externas. Como resultado, no se escurrirá fácilmente como ocurre cuando la hebra de núcleo es grande;

• los monofilamentos también estabilizan el cable. Con esto se quiere decir que los monofilamentos ayudarán a mantener las hebras externas en su posición;

• sorprendentemente, la superficie externa del cable de acero mantiene su capacidad de anclaje al polímero circundante. Sin limitarse a esta explicación, los inventores atribuyen esto a la presencia de espacios entre la hebra externa y los monofilamentos, cuando la dirección de tendido de paso de la hebra es opuesta a la dirección de paso del núcleo.

De acuerdo con un segundo aspecto, se reivindica un producto elastomérico. El producto elastomérico comprende cables de acero, tal como se ha descrito anteriormente.

El producto elastomérico es preferentemente una correa, tal como una correa de ascensor, una correa plana, una correa síncrona o una correa de accionamiento. Un uso preferido adicional es en manguitos. El uso en neumáticos puede ser menos preferido, pero, por lo tanto, no excluido en aplicaciones especiales, dada la capacidad de fractura de los monofilamentos.

En el contexto de la presente solicitud, un 'elastómero' es un material polimérico elástico que puede ser termoendurecible (que requiere vulcanización o tratamiento térmico) o termoplástico.

Los elastómeros termoendurecibles son típicamente materiales de caucho, tales como cauchos naturales o sintéticos. Los cauchos sintéticos como NBR (acrilonitrilo-butadieno), SBR (estireno-butadieno), EPDM (monómero de etileno-propileno-dieno) o CR (policloropreno) o cauchos de silicona se prefieren. Por supuesto, se pueden añadir diferentes aditivos al polímero para adaptar sus propiedades.

Los materiales elastoméricos termoplásticos pueden ser, por ejemplo, poliuretanos termoplásticos, poliamidas termoplásticas, mezclas de poliolefinas, copoliésteres termoplásticos, fluoropolímeros termoplásticos, tales como difluoruro de polivinilideno, o incluso polioximetileno (POM). De estos poliuretanos termoplásticos, los derivados de un poliéter poliol, poliéster poliol o policarbonatos son los más preferidos. De nuevo, estos materiales termoplásticos se pueden completar con retardantes de llama, rellenos de mejora del desgaste, cargas de control de la fricción de naturaleza orgánica o inorgánica.

Breve descripción de las figuras en los dibujos

La FIGURA 1 es una sección transversal de una primera realización preferida del cable de acero de la invención. La FIGURA 2 es una sección transversal de una segunda realización preferida del cable de acero de la invención. La FIGURA 3 describe un posible método de fabricación del cable de acero de la invención.

La FIGURA 4 muestra un monofilamento que tiene extricciones regulares que actúan como debilitamiento local del filamento observado desde arriba (FIGURA 4a) y desde el lado (FIGURA 4b)

En las Figuras, los números de referencia que tienen unidades iguales y números de decenas indican los elementos correspondientes a través de las Figuras, indicando la cifra de centenas el número de la figura.

Modo/s de llevar a cabo la invención

De acuerdo con una primera realización preferida, se presenta un cable de la siguiente construcción:

[(3x0,22)^{10 z}+ 5x(0,17+5x0,23)^{12 z}|5x0,25]^{16,3 s}

En la imagen reflejada del cable de acero, cada 'z' se reemplaza con 's' y viceversa.

La fórmula se debe leer de la siguiente manera:

• los números decimales indican el diámetro del filamento, los números enteros indican el número de filamentos o hebras;

• los soportes contienen filamentos y/o hebras que se disponen juntos en una etapa;

• los subíndices indican la longitud de paso en mm y la dirección;

• un signo más indica que los elementos a ambos lados de '+' se disponen juntos y tienen una longitud y/o dirección de paso diferente;

• un trazo indica que los elementos a ambos lados del '|' están dispuestos juntos con la misma longitud y/o dirección de paso.

En la FIGURA 1, se representa una sección transversal de este cable 100. Las hebras externas 102 se elaboran de un filamento de acero central 110 de un tamaño de 0,17 mm alrededor del cual se retuercen cinco filamentos de acero 106 de un tamaño de 0,23 mm con una longitud de paso de 12 mm en la dirección 'z'. El núcleo 108 es, en este caso, un núcleo de filamento de acero en donde tres filamentos de un tamaño de 0,22 mm están retorcidos uno alrededor del otro con un paso 10 en la dirección 'z'. Alrededor del núcleo 108, se retuercen juntos cinco hebras externas 102 con cinco monofilamentos 104, 104', 104", 104''', 104"" con una longitud de paso de 16,3 en la dirección 'S' en donde las hebras se alternan con los monofilamentos. Las hebras 102 forman la capa externa del cable de acero 100. Los monofilamentos 104 a 104"" están anidados en los huecos entre las hebras en el lado externo radial de la capa externa.

La dirección de paso de la hebra 'z' es opuesta a la dirección de paso del cable 'S'. Los monofilamentos 104 a 104"" permanecen todos dentro del círculo circunscrito 112 que es tangente a las hebras 102. El monofilamento 104 está más próximo del filamento externo de las hebras 106. El diámetro del monofilamento 104 es de 0,25 mm y es mayor que el diámetro de 0,23 mm del filamento de hebra 106 más próximo al monofilamento 104. De hecho, el diámetro del monofilamento es el 8,7 % mayor que el del filamento externo más próximo. Es más: los monofilamentos son los filamentos más grandes del cable de acero.

La Tabla 1 comparativa, a continuación, muestra las características del cable cuando se usa acero al carbono al 0,725 % y acero al carbono al 0,825 % en comparación con un cable del estado de la técnica con un contenido de carbono del 0,725 % en peso ('técnica anterior') sin monofilamentos.

Tabla 1

El monofilamento (*) de 0,25 mm muestra una resistencia a la tracción inferior a la de los filamentos más próximos de la hebra de 0,23 mm tanto para un contenido del 0,725 % en peso de C como del 0,825 % en peso de C. Sin embargo, la diferencia entre la resistencia a la tracción es inferior a 200 MPa (130 MPa y 160 MPa, respectivamente), por lo que siguen siendo muy comparables entre sí. Cada uno de los monofilamentos representa el 3,25 % del área de la sección transversal total del cable.

La contribución de los monofilamentos a la carga de rotura se puede evaluar fácilmente mediante el siguiente procedimiento:

• en primer lugar, se determina la carga de rotura del cable de la invención. El resultado es 'A' newton;

• se retiran los monofilamentos del cable de la invención. Esto se puede realizar fácilmente, ya que los monofilamentos están en el lado externo del cable de acero;

• se mide la carga de rotura del cable restante: el resultado es 'B' newton.

La contribución de los monofilamentos a la carga de rotura total es entonces 100x(A-B)/A en porcentaje. En el caso anterior del 0,725 % en peso de C, la contribución de los monofilamentos a la carga de rotura es del 16 %. Por lo tanto, si todos los monofilamentos se rompieran en el mismo punto durante su uso, seguiría quedando el 84 % de la carga de rotura original. Cabe señalar que cualquiera que sea la carga de rotura de los monofilamentos, estos siempre contribuirán a la carga de rotura del cable de acero.

De acuerdo con una segunda realización, se sugiere un cable de la siguiente marca cuya sección transversal se muestra en la FIGURA 2:

[(3x0,15)^{9 z}+ 4x(0,19+5x0,265)^{14 z}|4x0,28]^{16,3 s}

La imagen reflejada tiene todas las direcciones de paso invertidas.

En este caso, los monofilamentos de 0,28 mm de diámetro se han dentado para reducir localmente la resistencia a la tracción con el fin de obtener puntos de fracción controlados. Para este fin, los monofilamentos se introducen entre dos engranajes que funcionan sincronizados entre sí. La fase entre los engranajes está tan ajustada que los dientes están uno frente al otro (no hay engrane de engranajes). El espacio entre los dientes del engranaje se ajusta entre 0,70 y 0,95 del diámetro del monofilamento. Cuando ahora el cable pasa entre los dos engranajes, se forman dos rebajos diametralmente uno con el otro. Esto se representa en la FIGURA 4, en donde el alambre 204 muestra secciones transversales 224 que son redondas entre los rebajos 220. En los rebajos, que son menos de dos veces el diámetro del alambre largo, la sección transversal 226 está aplanada. En el documento WO 2015/054820, se ilustra un aparato para elaborar tales rebajos en un alambre, en donde el procedimiento para elaborar los planos se describe en [33], [46] y las Figuras 5a y 5b. La divulgación se incorpora específicamente y/o en su totalidad a la presente solicitud.

Los rebajos 220 dan como resultado una carga de rotura del 10 % menor de los monofilamentos, lo que da como resultado una disminución global de la carga de rotura del cable de acero del 2 %, que es baja. Los rebajos dan como resultado lugares de fractura controlados. Si todos los monofilamentos se rompieran en el mismo punto, esto únicamente daría como resultado una disminución del 14,3 % de la carga de rotura, es decir, se seguiría manteniendo el 85,7 % de la carga de rotura original.

A medida que el monofilamento se aplana localmente, los rebajos mantendrán un espacio entre el monofilamento y las hebras externas. Se espera que tales espacios mejoren la penetración del elastómero en el núcleo del cable de acero.

En esta segunda realización, se realizaron pruebas de adherencia con poliuretano termoplástico con y sin adhesivo. Como adhesivo, se usó un silano organofuncional, tal como se conoce por el documento WO 2004/076327. Con este fin, se incrustaron cables de acero en pequeños cilindros moldeados por inyección de 25 mm de longitud y 12,5 mm de diámetro y se extrajeron a lo largo del eje después de un enfriamiento durante 24 horas.

Tabla 2

El cable de la técnica anterior es el cable de la segunda realización sin monofilamentos.

Para su sorpresa, los inventores no encontraron una diferencia significativa entre el cable de la invención y los cables de la técnica anterior cuando no se usa adhesivo. Como en ese caso, la mayor parte de la adherencia se debe al anclaje mecánico; parece que el anclaje mecánico no se ve afectado por la superficie externa relativamente más lisa. Una ventaja adicional es que, a medida que aumenta la superficie metálica externa del cable de la invención mediante la introducción de los monofilamentos, la adherencia después de la aplicación con un adhesivo también mejora mucho.

Una tercera realización no mostrada tiene la Fórmula:

[(3x0,15)^9z+ 4x(0,244+6x0,238)^14z|4x0,28]^{16,3 s}

Una cuarta realización no mostrada se puede construir de la siguiente manera:

[(0,21+6x0,20)^9z+ 6x(0,19+6x0,18)^14z|6x0,21]^{16,3 s}

El último ejemplo es algo menos preferido, ya que el diámetro del monofilamento no es sustancialmente diferente de los otros diámetros.

La FIGURA 3 ilustra cómo se puede elaborar el cable. En un proceso de agrupamiento conocido per se, el núcleo 308, las hebras 302 y los monofilamentos 304 se ensamblan en el troquel de cableado 318. Las hebras se extraen de un soporte de desenrollado giratorio 320, por lo que su longitud de paso se acorta durante el desenrollado. Debido a que la dirección de paso del cable es opuesta a la de la hebra, la longitud de paso de la hebra aumentará durante el recorrido en la comba 310. El soporte de desenrollado giratorio compensa esto de forma exacta. Los monofilamentos 304 se pueden desenrollar estáticamente, ya que no tienen longitud de paso. El dispositivo 322, descrito en el documento WO 2015/05482), induce los rebajos en el alambre. Aunque en este caso únicamente se deforma un monofilamento, resulta igualmente posible deformar los otros monofilamentos. Las secciones planas introducen puntos de fractura preferidos locales donde es más probable que se rompan los monofilamentos. Dos poleas guía 316 y 316' situadas en cada extremo de la comba 310 guían el cable de acero 301 a la bobina 314. En la trayectoria del cable de acero 301, se introduce un dispositivo de eliminación de torsión 312.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un cable de acero (100, 200) que comprende hebras (102, 202) y monofilamentos (104, 204) elaborados de acero, en donde dichas hebras comprenden filamentos de hebra (106, 206) elaborados de acero retorcidos juntos con una longitud y dirección de paso de la hebra, en donde dichas hebras y dichos monofilamentos se retuercen juntos con un paso y una dirección del cable, formando dichas hebras la capa externa de dicho cable de acero caracterizado por que

dichos monofilamentos rellenan los huecos entre hebras adyacentes en el lado externo radial de dicha capa externa de dicho cable de acero y en donde dichos monofilamentos tienen una resistencia a la tracción del monofilamento, siendo dicha resistencia a la tracción del monofilamento menor que la resistencia a la tracción de los filamentos de hebra más próximos a dichos monofilamentos.

2. El cable de acero de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dichos monofilamentos tienen un diámetro, siendo dicho diámetro de dichos monofilamentos mayor que el espacio entre dichas hebras adyacentes.

3. El cable de acero de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde dichos monofilamentos permanecen dentro del círculo circunscrito (112; 212) respecto a dichas hebras de dicho cable de acero.

4. El cable de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde dichos monofilamentos tienen un diámetro, siendo dicho diámetro de monofilamento menor que el diámetro de dichas hebras más próximas a dichos monofilamentos de acero.

5. El cable de acero de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dichos monofilamentos tienen un diámetro, siendo dicho diámetro de monofilamento mayor que cualquiera de los diámetros de los filamentos de hebra.

6. El cable de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde dichos monofilamentos tienen una carga de rotura total del monofilamento, siendo dicha carga de rotura total del monofilamento inferior al 20 % de la carga de rotura de dicho cable de acero.

7. El cable de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el área de la sección transversal de uno de dichos monofilamentos está entre el 2 % y el 5 % del área de la sección transversal metálica total de dicho cable de acero.

8. El cable de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde al menos uno de dichos monofilamentos está recubierto con una capa eléctricamente aislante.

9. El cable de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde al menos uno de los monofilamentos (204) está localmente debilitado (220) a intervalos.

10. El cable de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde dicho cable de acero comprende, además, un núcleo (108, 208), estando dichas hebras retorcidas alrededor de dicho núcleo.

11. El cable de acero de acuerdo con la reivindicación 10, en donde dicho núcleo comprende fibras orgánicas naturales o artificiales.

12. El cable de acero de acuerdo con la reivindicación 10, en donde dicho núcleo comprende filamentos de acero (109; 209), que forman una hebra de núcleo.

13. El cable de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, en donde dicho núcleo tiene un diámetro de núcleo, dichas hebras tienen un diámetro de hebra, en donde dicho diámetro de núcleo es menor que dicho diámetro de hebra.

14. El cable de acero de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el número de hebras externas es tres, cuatro o cinco.

15. El cable de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde al menos dichos monofilamentos tienen un tamaño superior a 0,25 mm.

16. Un producto elastomérico que comprende cables de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.