AT14494U1 - Hybridseil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Seil (1) mit um einen Kern (2) herum angeordneten äußeren Litzen (3), wobei der Kern (2) durch zumindest eine Hybridlitze (4) gebildet ist, deren Kern (5) aus Kunststofffasern gebildet ist und um welchen Kern (5) herum zumindest teilweise metallische Drähte (6) angeordnet sind. Das Seil soll verglichen mit Stahlseilen zum Heben einer gleich schweren Last ein wesentlich geringeres Eigengewicht aufweisen. Zudem soll das Seil über den Seilquerschnitt im Wesentlichen gleiche Dehnungseigenschaften aufweisen, über eine hohe Lebensdauer verfügen und einfach und kostengünstig herstellbar sein.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Seil mit um einen Kern herum angeordneten äußeren Litzen.

[0002] Stahlseile sind auf Grund ihrer Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit sehr gut für das Heben schwerer Lasten geeignet. In speziellen Anwendungsfällen, beispielsweise für das Heben von Lasten aus großen Tiefen, wie aus der Tiefsee, wird das Eigengewicht der Stahlseile jedoch so groß, dass die hiermit zu hebende Nutzlast nur mehr vergleichsweise gering ist. Beispielsweise würde ein Stahlseil zum Heben von 300.000kg aus 3.000m Meerestiefe selbst 233.000kg wiegen. Um die gewünschte Last zu heben wäre somit ein Stahlseil mit einem Durchmesser von etwa 144mm erforderlich. Zurzeit benutzte Stahlseile mit einem Durchmesser von 128mm könnten jedoch nur etwa 207.000kg aus der vorgenannten Tiefe befördern.

[0003] Als Alternative zu Stahlseilen sind Hybridseile bekannt, die im Allgemeinen einen von Stahllitzen umgebenen Faserkern aufweisen. Die Stahllitzen und der Kern weisen jedoch unterschiedliche Dehnungseigenschaften unter Last auf und tragen die Last daher ungleichmäßig. Dies ist insbesondere bei einem drehungsfreien Seil von Nachteil, da vergleichsweise hohe Lasten im Wesentlichen von den um den Kern gewundenen Stahllitzen getragen werden und das sich hierdurch einstellende Drehmoment des Seils nicht durch das entgegengesetzte, geringere Drehmoment des Faserkerns kompensiert wird.

[0004] Aus der EP 2 573 257 A1 geht ein Hybridseil mit einem hoch beanspruchbaren Kern aus einem Fasermaterial und den Kern umgebende Litzen hervor, die in ihrem Inneren ebenfalls einen Kern aus Kunststofffasern enthalten.

[0005] Die US 5,651,245 offenbart ein Kabel mit einem mehrere Litzen aufweisenden Kern aus Metall. Die den Kern umgebenden äußeren Litzen weisen ihrerseits einen Kern aus Kunststoff, z.B. Thermoplast, umgeben von Stahldrähten auf.

[0006] Die US 6,563,054 B1 betrifft ein Kabel mit einem Kern aus parallelen synthetischen Fasern, die von einer Schicht aus in radialer Richtung zusammendrückbarem thermoplastischem Material umgeben sind, und mit um den Kern angeordneten äußeren Litzen. Die äußeren Litzen können vollständig aus Metall bestehen, oder einen Kern aus synthetischen Fasern, umgeben von Metall-Litzen, aufweisen.

[0007] In der EP 2 518 208 A2 ist ein Seil aus mehreren gleichartigen Litzen geoffenbart, welche von Polyethylen-Bändern umgebene Kerne aus Kunststoff oder Metall aufweisen.

[0008] Aus der WO 2012/009604 A2 geht ein Hybridkabel mit einem Kern aus synthetischen Fasern und mit um den Kern angeordneten Litzen hervor, wobei die Litzen selbst einen von Metall-Litzen umgebenen Kern aus synthetischen Fasern aufweisen.

[0009] Diese Hybridseile weisen somit entweder einen von Metall- und bzw. oder Kunststofflitzen umgebenen Faserkern auf, wodurch sich die vorstehend genannten, aus den unterschiedlichen Dehnungseigenschaften hervorgehenden Nachteile einstellen, oder die Hybridseile sind aufgrund eines Metallkerns zu schwer ausgebildet. Zudem weisen Hybridseile mit um einen Kern angeordneten Kunststofflitzen neben einem oftmals für das Aufwickeln zu geringen Reibungskoeffizienten, im Allgemeinen nicht die erforderliche Festigkeit auf.

[0010] Die Erfindung hat die Schaffung eines Seils der eingangs genannten Art zur Aufgabe, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet bzw. verringert. Das Seil soll insbesondere verglichen mit Stahlseilen zum Heben einer gleich schweren Last ein wesentlich geringeres Eigengewicht aufweisen. Zudem soll es über den Seilquerschnitt im Wesentlichen gleiche Dehnungseigenschaften aufweisen, über eine hohe Lebensdauer verfügen und einfach bzw. kostengünstig herstellbar sein.

[0011] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Kern durch zumindest eine Hybridlitze gebildet ist, deren Kern aus Kunststofffasern gebildet ist und um welchen Kern herum zumindest teilweise metallische Drähte angeordnet sind. Der Kern des erfindungsgemäßen Seils ist somit durch eine oder mehrere Hybridlitzen gebildet. Die Hybridlitzen besitzen ihrerseits einen

Kern aus Kunststofffasern, um welchen metallische Drähte und optional zusätzliche nichtmetallische Drähte angeordnet sind. Falls der Kern mehrere Hybridlitzen enthält, können diese zueinander unterschiedliche Anteile von Drähten aus nicht-metallischem Material, beispielsweise Kunststoff, bis hin zu Ausführungen mit ausschließlich metallischen Drähten aufweisen. Der Kern des Seils kann somit im Vergleich zu Kernen die nur aus Kunststofffasern bestehen besonders stabil ausgebildet werden. Zudem weist der Kern des Seils ein verglichen mit Kernen aus Stahllitzen geringes Gewicht auf, da der Kern der zumindest einen Hybridlitze aus Kunststoff gebildet ist. Auch wenn der Kern des Seils durch mehrere der beschriebenen Hybridlitzen gebildet ist, sind geringfügige Modifikationen, beispielsweise durch Einfügen weniger Kunststoff- oder Metall-Litzen, wenn diese die vorteilhaften Eigenschaften des Seils mit einem Kern aus Hybridlitzen nicht nennenswert beeinflussen, möglich.

[0012] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eine äußere Litze mit einem Kern aus Kunststofffasern, um welchen Kern herum zumindest teilweise metallische Drähte angeordnet sind, gebildet. Vorzugsweise sind die Mehrzahl der äußeren Litzen, besonders bevorzugt alle äußeren Litzen, auf diese Weise ausgebildet. Um den Kern können zusätzlich zu den metallischen Drähten auch nicht-metallische Drähte, beispielsweise Kunststoffdrähte, angeordnet sein, wobei verschiedene äußere Litzen unterschiedliche Anteile nichtmetallischer Drähte aufweisen können. Durch geeignete Wahl der Anzahl der Drähte kann vorteilhaft auf das Gewicht der äußeren Litzen Einfluss genommen werden. So wird durch eine höhere Anzahl dünnerer Metalldrähte der Anteil von Metall gegenüber jenem von Kunststoff im Kern und somit das Gewicht der Litze reduziert, während diese dennoch hohe Festigkeit aufweist. Auch können die gegebenenfalls vorgesehenen Kunststoffdrähte um den Kern der äußeren Litze das Gewicht der äußeren Litze reduzieren.

[0013] Wenn zwischen den Drähten und dem Kern zumindest einer Hybridlitze eine Zwischenlage aus Kunststoff angeordnet ist, können die Drähte auf der Zwischenlage stabil aufliegen. Diese Zwischenlage aus Kunststoff schützt die Fasern im Kern der Hybridlitzen vor einer mechanischen Beanspruchung durch die äußeren Drähte und erhöht somit die Lebensdauer des Hybridseils.

[0014] Bevorzugt weist die Zwischenlage Fäden aus Kunststoff, insbesondere Polyester, Ara-mid, flüssigkristallinem Polyester, Polyoxadiazobenzimidazol oder hochmodularem Polyethylen auf, da derartige Fäden hohe Festigkeit und hohe Formstabilität besitzen. Deren geringe Dehnbarkeit trägt zudem zur Aufrechterhaltung der Querschnittsform der Fäden bei.

[0015] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zwischenlage eine innere Lage aus unverdrillten Fäden und eine diese umgebende äußere Lage aus verdrillten Fäden oder zumindest einer Kunststofffolie aufweist. Hierbei reduziert die innere Lage den Abrieb zwischen den Drähten und dem Kern, während die äußere Lage eine stabile Aufnahme für die Drähte darstellt.

[0016] Um einen möglichst großen Anteil des Querschnitts des Seilkerns für die Hybridlitzen nutzen zu können, ist der Kern vorteilhaft durch mehrere Hybridlitzen mit zueinander unterschiedlichen Durchmessern gebildet. Beispielsweise können Hybridlitzen mit kleineren Durchmessern in den Räumen zwischen Hybridlitzen mit größeren Durchmessern vorgesehen sein. Auf diese Weise können besonders stark beanspruchbare Seile mit insgesamt großen Durchmessern von beispielsweise größer 100mm, insbesondere von 128mm, gebildet werden.

[0017] Damit der jeweilige Kern eine möglichst hohe Festigkeit bei geringem Gewicht und geringer Bruchdehnung besitzt ist vorgesehen, dass die Kunststofffasern des Kerns der zumindest einen Hybridlitze und/oder gegebenenfalls des Kerns der zumindest einen äußeren Litze Aramid, flüssigkristallinen Polyester, Polyoxadiazobenzimidazol, hochmodulares Polyethylen oder Karbon aufweisen. Selbstverständlich können unterschiedliche Kerne auch unterschiedliche Materialien aufweisen.

[0018] Besonders vorteilhaft ist es, wenn zum Erhalt eines drehungsfreien Seils die äußeren Litzen mit einer zur zumindest einen Hybridlitze unterschiedlichen Drehrichtung verseilt sind. Da allgemein um einen Kern eines Seils gewundene bzw. verseilte Litzen unter Belastung des

Seils eine Seildrehung bewirken können, kann, wenn die äußeren Litzen in einer Richtung um den Kern des Seils gewunden sind und die Drähte der Hybridlitze in die entgegengesetzte Richtung gewunden sind, die von den äußeren Litzen und den Drähten der Hybridlitze verursachte Tendenz zur Drehung kompensiert werden. Wenn der Kern des Seils durch mehrere Hybridlitzen gebildet ist, können die Drähte aller oder zumindest eines Teils der Hybridlitzen zu den äußeren Litzen entgegengesetzt verseilt sein. Ebenso können die Hybridlitzen selbst in der zu den äußeren Litzen entgegengesetzten Drehrichtung verseilt bzw. miteinander verwunden sein.

[0019] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den äußeren Litzen und der zumindest einen Hybridlitze eine Zwischenlage aus Kunststoff angeordnet. Dadurch wird die Querdruckstabilität der Hybridlitzen erhöht, wodurch diese im Seil ihren runden Querschnitt beibehalten. Ohne diese Zwischenlage, würden die Hybridlitzen in Folge der Querdrücke im Seil oval gedrückt und es kommt zu einer Berührung der Drähte von benachbarten Litzen. Durch diese Berührung kommt es in Folge der permanenten Relativbewegung zu einem inneren Verschleiß und somit zu einer geringeren Lebensdauer des Seiles. Die genannten Nachteile werden eben durch die Zwischenlage aus Kunststoff vermieden.

[0020] Vorteilhafter Weise ist der Kunststoff der Zwischenlage ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polyethylen oder Polypropylen. Diese Kunststoffe sind im Gegensatz zu Polyamid hydrophob und nehmen bei der Verwendung des Seiles im Wasser keine Feuchtigkeit auf.

[0021] Besonders günstig ist es, wenn zumindest zwischen zwei einander benachbarten äußeren Litzen ein Stützelement angeordnet ist, an welchem die äußeren Litzen anliegen. Vorzugsweise ist zwischen allen benachbarten äußeren Litzen ein solches Stützelement angeordnet.

[0022] Hinsichtlich der Beabstandung benachbarter Litzen bzw. deren Anliegen an dem Stützelement ist es zudem vorteilhaft, wenn das Stützelement ein kreisförmiges, elliptisches oder im Wesentlichen trapezförmiges Querschnittsprofil aufweist. Kreisförmige oder elliptische Stützelemente können auf einfache Weise wie die Litzen selbst zwischen den Litzen angeordnet sein, während trapezförmige Stützelemente zudem den Vorteil aufweisen, dass die Litzen an den schrägen Seitenwänden des Trapezes besonders stabil aufliegen können.

[0023] Um die Belastbarkeit des Seils weiter zu steigern, kann zudem vorgesehen sein, dass die äußeren Litzen in mehreren konzentrischen Lagen um den Kern herum angeordnet sind. Die Litzen können hierbei gleiche oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

[0024] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. Es zeigen: [0025] Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Seils gemäß der Erfindung, mit einem Kern aus

Hybridlitzen, um welchen äußere Litzen angeordnet sind; [0026] Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Litze des Seils aus Fig. 1; und [0027] Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Seils gemäß der Erfindung, mit in mehreren konzentrischen Lagen um den Kern angeordneten äußeren Litzen.

[0028] Fig. 1 zeigt ein Seil 1 mit einem Kern 2 um welchen äußere Litzen 3 angeordnet sind. Der Kern 2 ist hierbei durch zumindest eine Hybridlitze 4, im dargestellten Beispiel durch 19 Hybridlitzen 4 gebildet, deren Kern 5 jeweils aus Kunststofffasern gebildet ist, und um welchen Kern 5 herum Drähte 6 angeordnet sind. Zumindest ein Teil der Drähte 6 besteht aus Metall, sodass auch Drähte 6 aus anderen Materialien, die eine für die Anwendung des Seils 1 ausreichende Festigkeit aufweisen, um den Kern 5 verlaufen können. Die äußeren Litzen 3 sind ebenso mit einem Kern 7 aus Kunststofffasern gebildet, um welchen Drähte 8 angeordnet sind. Zumindest ein Teil der Drähte 8 besteht aus Metall, sodass auch Drähte 8 aus anderen Materialien, die eine für die Anwendung des Seils 1 ausreichende Festigkeit aufweisen, um den Kern 7 verlaufen können.

[0029] Gemäß dem Beispiel in Fig. 1, in welchem die Hybridlitzen 4 in einer Warrington Konstruktion angeordnet sind, können die Durchmesser der Hybridlitzen 4 verschieden sein, sodass der für den Kern 2 verfügbare Raum möglichst effizient mit Hybridlitzen 4 ausgefüllt ist. Gemeinsam mit den 16 äußeren Litzen 3 ergibt sich ein Seil 1 aus 35 Hybridlitzen 3, 4 wobei, ohne dass dies der Darstellung zu entnehmen ist, vorteilhafter Weise die äußeren Litzen 3 mit einer zu den Hybridlitzen 4 unterschiedlichen Drehrichtung verseilt sind. Zwischen den äußeren Litzen 3 und den Hybridlitzen 4 des Kerns 2 ist zudem eine Zwischenlage 13 aus Kunststoff angeordnet. Vorteilhafter Weise ist zwischen einander benachbarten äußeren Litzen 3 ein im Wesentlichen trapezförmiges Stützelement 14 angeordnet, an welchem die äußeren Litzen 3 anliegen. Obwohl der Übersichtlichkeit wegen in Fig. 1 nur ein Stützelement 14 dargestellt ist, ist es günstig, wenn auch nicht zwingend erforderlich, Stützelemente 14 zwischen allen benachbarten äußeren Litzen 3 vorzusehen.

[0030] In Fig. 2 ist eine Litze im Querschnitt gezeigt, die gleichermaßen eine Hybridlitze 4 des Seilkerns 2 oder eine äußere Litze 3 des Seils 1 darstellt. Um den Kern 5 der Hybridlitze 4 bzw. um den Kern 7 der äußeren Litze 3 sind die Drähte 6, 8 angeordnet, wobei zwischen den Drähten 6 und dem Kern 5 eine Zwischenlage 9 bzw. zwischen den Drähten 8 und dem Kern 7 eine Zwischenlage 10 aus Kunststoff angeordnet ist. Die Zwischenlage 9, 10 weist vorzugsweise eine innere Lage 11 aus unverdrillten Fäden und eine diese umgebende äußere Lage 12 aus verdrillten Fäden oder zumindest einer Kunststofffolie auf.

[0031] In Fig. 3 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Seils 1 gezeigt, welches um höheren Zugbeanspruchungen standzuhalten, zwei konzentrische Lagen äußerer Litzen 3 um den Kern 2 herum aufweist. In einer nicht dargestellten Ausführungsform des Seils 1 können auch mehr als zwei konzentrische Lagen äußerer Litzen 3 um den Kern 2 angeordnet sein.

[0032] Wie aus der nachfolgenden Tabelle hervorgeht, ermöglicht das erfindungsgemäße Seil 1 aufgrund seiner Bauform das Heben schwererer Lasten als mit einem Stahlseil gleichen Durchmessers bzw. kann um gleich schwere Lasten zu heben der Durchmesser des erfindungsgemäßen Seils 1 kleiner als jener eines Stahlseils sein.

[0033] Um aus einer Meerestiefe von 3000m ein 300.000kg schweres Objekt heraus zu heben, kann somit an Stelle eines Stahlseils mit einem Durchmesser von 144mm ein Seil 1 gemäß der Erfindung mit einem Durchmesser von 128mm verwendet werden. Dies ist insbesondere dann ein entscheidender Vorteil, wenn ein für das Heben des Objekts aus einer bestimmten Tiefe geeignetes Stahlseil technisch nicht oder nur sehr aufwändig hergestellt werden kann, bzw. wenn die Verwendung eines derartigen Stahlseils besonders hohe Kosten verursacht.

Claims (13)

1. Ansprüche 1. Seil (1) mit einem Kern (2), der durch zumindest eine Hybridlitze (4) gebildet ist, deren Litzen-Kern (5) aus Kunststofffasern gebildet ist und um den herum zumindest teilweise metallische Drähte (6) angeordnet sind, und mit um den Kern (2) herum angeordneten äußeren Litzen (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Seil (1) über den Seilquerschnitt im Wesentlichen gleiche Dehnungseigenschaften aufweist.
2. 2. Seil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine äußere Litze (3) mit einem Kern (7) aus Kunststofffasern, um welchen Kern (7) herum zumindest teilweise metallische Drähte (8) angeordnet sind, gebildet ist.
3. 3. Seil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Drähten (6) und dem Kern (5) zumindest einer Hybridlitze (4) eine Zwischenlage (9) aus Kunststoff angeordnet ist.
4. 4. Seil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (9) Fäden aus Kunststoff, insbesondere Polyester, Aramid, flüssigkristallinem Polyester, Polyoxadia-zobenzimidazol oder hochmodularem Polyethylen, aufweist.
5. 5. Seil (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (9) eine innere Lage (11) aus unverdrillten Fäden und eine diese umgebende äußere Lage (12) aus verdrillten Fäden oder zumindest einer Kunststofffolie aufweist.
6. 6. Seil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) durch mehrere Hybridlitzen (4) mit zueinander unterschiedlichen Durchmessern gebildet ist.
7. 7. Seil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffasern des Kerns (5) der zumindest einen Hybridlitze (4) und/oder gegebenenfalls des Kerns (7) der zumindest einen äußeren Litze (3) Aramid, flüssigkristallinen Polyester, Po-lyoxadiazobenzimidazol, hochmodulares Polyethylen oder Karbon aufweisen.
8. 8. Seil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Litzen (3) mit einer zur zumindest einen Hybridlitze (4) unterschiedlichen Drehrichtung verseilt sind.
9. 9. Seil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den äußeren Litzen (3) und der zumindest einen Hybridlitze (4) eine Zwischenlage (13) aus Kunststoff angeordnet ist.
10. 10. Seil (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der Zwischenlage (13) ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polyethylen oder Polypropylen, ist.
11. 11. Seil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen zwei einander benachbarten äußeren Litzen (3) ein Stützelement (14) angeordnet ist, an welchem die äußeren Litzen (3) anliegen.
12. 12. Seil (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (14) ein kreisförmiges, elliptisches oder im Wesentlichen trapezförmiges Querschnittsprofil aufweist.
13. 13. Seil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Litzen (3) in mehreren konzentrischen Lagen um den Kern (2) herum angeordnet sind. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen