Die vorliegende Erfindung betrifft Hub- oder Zugseile und insbesondere Seile für Aufzüge, das heißt Seile, an denen die Aufzugskabine befestigt ist und die ihr die Bewegung der Antriebstrommel übertragen.

Die erforderlichen Merkmale für derartige Seile sind insbesondere eine hohe Biegsamkeit, eine herausragende Gleichmäßigkeit des Durchmessers um dadurch eine permanente gleichmäßige Dehnung zu gewährleisten und eine hohe Abriebfestigkeit, da der Antrieb durch Reibung zwischen dem Seil und Trommel erfolgt. Für zusätzliche Erläuterungen der Anforderungen an derartige Kabel und der Beanspruchungen, denen sie zu widerstehen haben, sei zum Beispiel auf die unter der Nummer 93 08648 angemeldete französische Patentanmeldung verwiesen.

Das üblicherweise für diese Anwendungen verwendete Seil ist ein zusammengesetztes Seil mit acht Kardeelen aus Stahl, die schraubenförmig um eine Seele aus harten Naturfasern gewickelt sind, zum Beispiel aus Sisal. Es sind auch ähnliche Seile bekannt geworden, bei denen die Seele zusammengesetzt ist, das heißt, aus metallischen Kardeelen mit dazwischen angeordneten textilen Füllfasern besteht.

Zugseile für Aufzüge können auch aus Seilen mit Kardeelen bestehen, die eine metallische Seele umgeben, wobei sie unabhängig davon sind oder nicht. Es sind ferner Seile bekannt geworden mit zwölf äußeren Kardeelen, die um eine unabhängige sogenannte Warrington-Seele gewickelt sind, sowie Seile mit neun äußeren Kardeelen, die eine unabhängige metallische Seele aus neun Kardeelen umgeben.

In anderen Hubanwendungen werden Seile eingesetzt, die Naturfasern, wie Sisal, oder synthetische Fasern ( wie Polypropylen ) enthalten, deren Rolle darin besteht, eine Art eingesetzte Matte zu bilden zwischen den verschiedenen Kardeelschichten. Damit soll eine Reibung der Drähte oder Kardeele aneinander vermieden oder zumindest verringert werden im Hinblick auf einer Verbesserung und Beibehaltung der Biegsamkeit des Seiles, sodass keine Brüche der Drähte auftreten.

Es ist ferner aus der internationalen Patentanmeldung WO 89/11559 ein Seil bekannt, dessen zentrale Seele aus einem Polymer oder aus einem Elastomer als Träger für die Wicklung aus metallischen Kardeelen dient und die zu diesem Zweck schraubenförmige Nuten für deren Aufnahme aufweist. Die Seele kann in der Mitte hohl sein zur Aufnahme von der Verstärkung dienenden Teilen.

Allen diesen Zusatzteilen aus nicht metallischen Materialien ist gemeinsam, dass sie nicht an einer Aufnahme der das Seil belastenden Spannung beteiligt sind, das heißt, dass sie keinen direkten Beitrag zu einer Erhöhung der Reißfestigkeit des Seiles leisten.

Schließlich sind aus der US-A-5 566 786 Seile bekannt, die als Zugseile für Aufzüge eingesetzt werden können, die ausschließlich aus synthetischen Fasern bestehen und die in der Lage sind, eine Zugkraft zu übertragen. Ein derartiges Seil weist insbesondere den Vorteil einer geringeren längenbezogenen Masse auf als ein zusammengesetztes Seil oder ein Stahlseil mit äquivalenter Festigkeit. Es ist jedoch noch mit dem Nachteil behaftet, erhebliche Veränderungen verglichen mit den herkömmlichen Seilen zu bedingen hinsichtlich seiner Fertigung und seiner Prüfung. So ist zum Beispiel ein besonderes und sehr kompliziertes System für seine Verankerung erforderlich. Außerdem lässt sich der Grad der Abnutzung der synthetischen Fasern nicht überprüfen, wie es bei Stahlseilen durch den Einsatz von elektrischen oder elektromagnetischen Verfahren leicht möglich ist. Es wurde zwar bereits vorgeschlagen in die synthetischen Fasern solche aus elektrisch leitendem Kohlenstoff einzubetten, sodass durch die Überprüfung deren Leitfähigkeit der Grad der Abnutzung ermittelt werden kann. Dies führt jedoch zu einem komplizierten Seil mit erhöhten Kosten. Schließlich können derartige Seile noch weitere Nachteile aufweisen, wie zum Beispiel eine schlechte Kraftübertragung durch Adhäsion des Seiles an der Antriebstrommel oder ein erhöhtes Risiko gegen Beschädigungen auf Grund von Vandalismus.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben aufgezählten Nachteile zu vermeiden. Im Hinblick darauf zielt sie insbesondere auf die Schaffung eines Hub- oder Zugseiles ab, das, bei gleichem Gewicht, eine erheblich verbesserte Reißfestigkeit aufweist verglichen mit vollständig aus Stahl bestehenden oder mit zusammengesetzten Seilen, sodass bei gleicher Masse die Nutzlast sowie der Hubweg des Aufzuges vergrößert werden können, oder, bei gleicher Nutzlast die Anzahl der verwendeten Stränge bzw. der Durchmesser der für diesen Einsatz vorgesehenen Seile verkleinert werden können.

Im Hinblick darauf betrifft die Erfindung also ein zusammengesetztes Seil, das eine Vielzahl von Kardeelen aufweist, die um eine Seele aus Kunststoff verseilt sind, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist, dass die Seele aus einem Kern besteht, der durch ein Bündel zueinander paralleler synthetischer Fasern gebildet wird, die sich in Längsrichtung des Seiles erstrecken und aus einer festen Hülle aus einem thermoplastischen Material besteht, die den Kern einschließt und als Träger für die Wicklung der Kardeele dient.

Die Erfindung, deren Prinzip sich in identischer Weise auch auf ein Seil in seiner einfachsten Ausgestaltung anwenden lässt, das heißt auf ein Seil aus einem einfachen Kardeel, betrifft außerdem ein zusammengesetztes Kardeel mit einer Vielzahl von äußeren Drähten, die um eine Seele aus einem Kunststoff verseilt sind, wobei das Kardeel dadurch gekennzeichnet ist, dass die Seele aus einem Kern besteht, der durch ein Bündel zueinander paralleler synthetischer Fasern gebildet wird, die sich in Längsrichtung des Seiles erstrecken und aus einer Hülle aus einem thermoplastischen Material besteht, die den Kern umschließt und als Träger für die Wicklung der Drähte dient.

Wie ersichtlich bestehen die wesentliche Merkmale der Erfindung darin, dass eine synthetische Seele aus zwei zusammengesetzten konzentrisch zueinander angeordneten Bestandteilen vorgesehen ist: eine feste, jedoch durch Kompression radial verformbare Hülle (aus einem Thermoplast), die eng anliegend einen mittigen Kern umgibt, der aus einem Bündel einzelner Fasern, ebenfalls aus Kunststoff, besteht, die im wesentlichen kontinuierlich über die Länge des Seiles verlaufen und die dergestalt angeordnet sind, dass sie in wirksamer Weise einen Teil der Zugkraft aufbringen, die von einer Nutzlast auf das Seil ausgeübt wird.

Im Gegensatz dazu dient bei den herkömmlichen zusammengesetzten Seilen der Kunststoff als Füllmaterial um so den Zusammenhalt der Kardeele oder der Drähte untereinander im Querschnitt des Seiles zu gewährleisten und demzufolge Reibungen der metallischen Drähte aneinander und eventuelle Ausbuchtungen zu vermeiden, die durch eine radiale Krafteinwirkung auf die Drähte oder Kardeele auftreten können, wenn das Seil mit einer Zugkraft beaufschlagt wird, wobei es jedoch in keiner Weise zu einer Erhöhung der Zugwirkung beiträgt.

Um in effektiver Weise einen Beitrag zur Reißfestigkeit zu leisten sind gemäss der Erfindung der Querschnitt und die Anzahl der Fasern des Seiles oder des Kardeels dergestalt festgelegt, dass die Seele mit den metallischen Drähten oder Kardeelen eine derartige Gesamtanordnung bildet, dass die bei Belastung auftretenden Verformungen, insbesondere eine Dehnung in Längsrichtung, im wesentlichen gleich groß sind für die Seele aus synthetischen Fasern und für die metallischen äußeren Kardeele oder Drähte trotz der Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften dieser Materialien. Außerdem besteht die die Fasern umgebende Hülle aus einem verformbaren, jedoch kaum kompressiblen Material, das bei der Herstellung des Seiles oder des Kardeels flüssig ist, sodass es in die freien Stellen zwischen der Seele und den Kardeelen oder Drähten der die Seele direkt umgebenden Schicht eindringt und diese ausfüllt. Dies bedeutet, dass ein radialer Druck auf die Kardeele oder Drähte von den äußeren Kardeelen oder Drähten auf die Hülle ausgeübt wird und damit auf die Umfangsschicht der Seele, wodurch eine kräftige Adhäsion erzeugt wird oder eine Art mechanischer Kohäsion zwischen Drähten oder Kardeelen und den genannten Fasern, die groß genug ist um zwischen ihnen eine Übertragung der Zugkräfte zu gewährleisten. Die Reibung zwischen den Fasern, die übrigens durch die Wirkung des radialen Drucks, der von den äußeren Kardeelen oder Drähten ausgeübt wird, noch erhöht wird, ermöglicht es weiterhin, zumindest teilweise und in zunehmender Weise bis zur Mitte der Seele hin, die von der Umfangsschicht aufgenommenen Zugkräfte zu übertragen, derart, dass der gesamte Querschnitt der Seele an der Aufnahme der Zugbelastung teilnimmt, der das Seil ausgesetzt ist.

Die Hülle dient in erster Linie dazu, die parallelen Fasern zusammen zu halten und deren kompakte Anordnung zu gewährleisten.

Es sei betont, dass die Übertragung der Kräfte zwischen den äußeren Kardeelen oder Drähten und der Seele durch Reibung zwischen der Hülle und den äußeren Kardeelen oder Drähten umso höher ist je mehr diese in das Material der Hülle eindringen, da dadurch die Kontaktoberfläche vergrößert wird.

Da außerdem die Hülle eine Zwischenschicht zwischen den äußeren Kardeelen oder Drähten und den Fasern der Seele darstellt, wird eine Scherbeanspruchung der Fasern, die sich in Axialrichtung erstrecken und die von den äußeren Drähten oder den Drähten der äußeren Kardeele ausgeht, die quer zu dieser Axialrichtung angeordnet sind, vermieden oder zumindest verringert.

Unabhängig davon, ob es sich um ein Seil oder ein einfaches Kardeel handelt, bestehen die Fasern vorteilhafterweise aus Polyäthylen oder Aramid, während die Hülle vorteilhafterweise aus extrudiertem Polyamid besteht.

Die äußeren Kardeele des erfindungsgemäßen Seiles können vollständig aus Metall bestehen, das heißt insgesamt aus metallischen Drähten aufgebaut sein, oder aber zusammengesetzt sein, wobei sie insbesondere zusammengesetzte Kardeele im Sinne der Erfindung sind.

Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Kardeele und Seile hervor im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung; darin zeigen:

1 einen Querschnitt durch ein zusammengesetztes Kardeel nach der Erfindung,

2 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Seiles nach der Erfindung und

3 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Seiles nach der Erfindung.

Das im Schnitt in Figur dargestellte Kardeel weist eine zusammengesetzte synthetische Seele 4 mit konzentrischer Struktur auf: einen zentralen Kern 1 aus einem Bündel freier und parallel zueinander angeordneter Fasern, deren Zusammenhalt durch eine monolithische Hülle 3 gewährleistet wird, die das Bündel korsettartig umgibt. Diese Seele ist von einer Schicht aus Stahldrähten 2 umgeben (zehn im dargestellten Beispiel), die spiralförmig um die Hülle 3 gewickelt sind und diese an den Kern 1 pressen, sodass sie die in der Zeichnung erkennbaren durch Eindrücken entstehenden Vertiefungen aufweist.

Die die Seele bildenden Fasern 1 bestehen zum Beispiel aus Polyäthylen, Aramid, Kevlar®, Twaron® etc. Die Hülle 3 besteht aus einem thermoplastischen Material, wie zum Beispiel einem Polyamid, das gute Adhäsionseigenschaften bezüglich der Fasern des Seele aufweist.

Das im Schnitt in 2 dargestellte Seil besteht aus einer Seele 5 aus synthetischen Fasern, ähnlich der oben beschriebenen Seele 4 und wird von einem Dutzend Kardeelen umgeben, die jeweils aus siebzehn Stahldrähten zusammen gesetzt sind. Zwischen dem Kern 11 und der äußeren Schicht 12 aus Kardeelen ist eine Zwischenschicht aus einem thermoplastischen Material eingesetzt, die eine kompakte Hülle 13 bildet, welche auf Grund der Kardeele 12 im Presssitz an der Seele anliegt. Wie aus der Zeichnung deutlich hervorgeht, dringen die innen liegenden Drähte der Kardeele in das thermoplastische Material der Hülle 13 ein, wodurch eine vergrößerte Kontaktfläche entsteht und damit eine große Adhäsion. Letztere wird noch durch den Effekt der radialen zentripetalen Kompression verstärkt, die von den Kardeelen auf die Hülle ausgeübt wird, wenn das Seil unter Spannung gesetzt wird.

Die für die Seele 5, den Kern 11 und die Hülle 13 in Frage kommenden Materialien sind die gleichen, wie sie im Zusammenhang mit dem Kardeel gemäss 1 beschrieben wurden.

3 zeigt ein weiteres Seil, das eine Seele 5 aus synthetischen Fasern aufweist mit einem zentralen Bündel 11 aus synthetischen Fasern und mit einer Hülle 13 aus einem thermoplastischen Material. Im Gegensatz zum vorhergehenden Beispiel bestehen die acht Kardeele 10 nicht vollständig aus Stahl, sondern sind Kardeele wie dasjenige in 1.

Die drei dargestellten und beschriebenen Beispiele sind nicht begrenzend. Die Bruchlast eines herkömmlichen Seiles, selbst eines zusammengesetzten Seiles, hängt in erster Linie vom metallischen Querschnitt ab, das heißt der Summe der Querschnitte aller es bildenden Drähte. Sie wird kaum durch die nicht metallischen-Einsätze beeinflusst, die in den zusammen gesetzten Seilen vorhanden sind, insbesondere die synthetischen Fasern, die prinzipiell nur als Material zum Ausfüllen der Leerstellen zwischen den Drähten oder den Kardeelen verwendet werden und somit nichts zur Lastaufnahme beitragen.

Andererseits hängt das Gewicht eines Seiles in erster Linie vom Gewicht der Stahldrähte ab, aus denen es besteht. Dies bedeutet, dass das Verhältnis Bruchlast/Gewicht des Stahlkabels im wesentliche konstant ist und nur vom Aufbau des Seiles, nicht jedoch von dessen Durchmesser abhängt.

Die nachstehende Vergleichstabelle zeigt das Verhältnis R/P der Bruchlast R zum Gewicht P pro Meter für zwei Arten von Seilen, 8 × 19 und 12 × 17, einmal in herkömmlicher Ausgestaltung (Spalte 2) und einmal in erfindungsgemäßer Ausgestaltung (Spalte 3)

Die Vergrößerung des Verhältnisses R/P mit dem entsprechenden Aufbau des Seiles ist leicht erkennbar. Im Vergleich zu den völlig aus Stahl bestehenden Seilen und bei gleichem Gewicht kann die Nutzlast vergrößert werden oder aber, für die gleiche Nutzlast das Gewicht und der Durchmesser des Seiles entsprechend verkleinert werden, wodurch eine Verringerung der Abmessungen des Antriebs oder der Tragkonstruktion für den Aufzug oder dgl. ermöglicht wird. Auch die Lebensdauer der Seile nach der Erfindung ist größer als diejenige der völlig aus Stahl bestehenden Seile.

Im Vergleich zu den vollständig aus Fasern bestehenden Seilen erfordert die Herstellung der Seile nach der Erfindung keinerlei Veränderungen der bestehenden Anlagen: die Verankerung und die Endstücke des Seiles sind identisch mit denjenigen der herkömmlichen Seile; die Berührungsstellen zwischen den Trommeln der Anlagen und dem Seil sind wie bisher ein Kontakt Stahl – Material der Trommel, sodass die Bedingungen der Übertragung der Bewegung mittels Adhäsion nicht verändert werden; die Kriterien für den Ausbau und den Ersatz sind ähnlich und beruhen auf der Verringerung des Durchmessers und der Anzahl an gebrochenen Drähten; die erfindungsgemäßen Seile sind auch nicht anfälliger für auf Vandalismus beruhende Beschädigungen als die vollständig aus Stahl bestehenden Seile.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, die nur der Erläuterung dienen. Die Anzahl der Drähte für jedes Kardeel und die Anzahl der Kardeele sind frei wählbar. Auch der Einsatz der Seile ist nicht auf den Einsatz als Seile für Aufzüge beschränkt; sie können genau so gut als Seile für Hebeanlagen, Hängeseile, Seile für den Einsatz im Gebirge oder im maritimen Bereich verwendet werden.