绳索和用于制造绳索的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造绳索的方法，在该方法中，为了形成纤维绞合线，使纤维束在绞合点之前和/或在绞合点处涂覆液化基质材料，并且在绞合时嵌入到液化基质材料中，借助所述纤维绞合线形成绳索的纤维芯，并且将金属丝或者金属丝绞合线围绕该纤维芯卷绕。此外，本发明涉及一种可借助该方法制造的绳索。
背景技术
由WO2012/107042已知一种开头所述类型的方法，其中，纤维束或者由纤维束形成的纤维绞合线在一个填充有液化基质材料的容器内部卷绕成纤维芯。接下来，将钢丝绞合线或是直接扭绞在以这种方式制造的纤维芯上，或是扭绞在设置于纤维芯上的覆层上。
发明内容
本发明的目的在于，进一步改进开头所述类型的方法，使得能够制造相对轻质的、具有改进的机械性能的绳索。
按照本发明，该目的通过如下方式实现：在扭绞之后加强纤维绞合线的基质材料，并且接着将用于形成纤维芯的纤维绞合线在没有进一步涂覆的情况下直接彼此扭绞。
借助该方法，能够以更简单的方式制造纤维芯，所述纤维芯的纤维束优选完全嵌入到基质材料中并且因此被保护以防断裂。尤其是相对于根据WO2012/107042的方法(在该方法中，扭绞在容器内部进行并且该方法相应地耗费)，本方法显著地得以简化。替代在形成纤维芯时用基质材料涂覆纤维绞合线，纤维束仅在制造纤维绞合线时嵌入到基质材料中。为了形成纤维芯(所述纤维芯可以形成绳索的绞合线的芯或者形成绳索的芯)，可以在加强基质材料之后利用常规的扭绞方法以及为此设置的常规的整套设备卷绕纤维绞合线。
如下所述，本方法允许制造具有相对大的直径的和具有相对复杂的结构的纤维芯，这样的结构当在容器内部进行扭绞时无法形成或者仅能在高的成本下形成。
相对于由不具有嵌入的纤维束的纤维绞合线制造纤维芯，按照本发明的方法具有这样的优点：对纤维绞合线的处理显著地更简单并且所生成的纤维芯由于纤维束的嵌入具有改进的机械性能。因为基质材料保护纤维或者说金属丝，将所述纤维或者说金属丝彼此连接并且将产生的力传递到所述纤维或者说金属丝上，所以尤其是能够达到更高的交变弯曲次数。
适宜地，所述基质材料由热塑性塑料构成，所述热塑性塑料被加热至其液化并且被冷却至其固化。
虽然可以设想：应用天然纤维、金属纤维、矿物纤维、玻璃纤维和/或碳纤维来制造纤维绞合线，然而在本发明优选的实施方式中应用合成纤维、如芳族聚酰胺纤维或聚乙烯纤维。
适宜地，应用热塑性塑料作为基质材料。除了优选使用的聚丙烯以外，可以考虑聚碳酸酯、聚酰胺、聚乙烯或者PEEK。
适宜地，用基质材料喷洒所述纤维束，或者如在本发明的一个特别优选的实施方式中那样规定，在扭绞点之前和/或在绞合点处将基质材料浸入到液化基质材料中。
此外，在本发明的一种设计方案中，纤维束为此例如如在WO2012/107042中所述地那样运动穿过优选可加热的、用于容纳液化基质材料的容器，该容器在扭绞点之前和可选地在扭绞点处包围纤维束。适宜地，所述容器或者喷洒装置与挤压机连接，基质材料借助该挤压机液化并且向喷洒装置运动或者运动到容器中。
在本发明的一种特别优选的设计方案中，纤维绞合线在其扭绞成纤维芯时和/或之后被如此加热，使得至少个别的纤维绞合线、优选所有的纤维绞合线的基质材料软化，所述基质材料与相应另外的纤维绞合线的基质材料连接，并且所述纤维绞合线接下来在互相形成材料锁合连接的情况下优选在空气中或者在冷却液中冷却。
构成了一种均匀的复合纤维芯，所述纤维芯相对于松散地彼此卷绕的纤维绞合线具有改进的机械性能。本方法能实现：制造这种带有大量材料锁合地彼此连接的纤维绞合线的复合纤维芯。
适宜地，所述纤维绞合线为了形成纤维芯而平行扭绞或者层扭绞。
在层扭绞的情况下，为了影响在绳索受负载时产生的扭矩，纤维绞合线可以沿不同的捻绕方向扭绞。由此可以提供一种自身几乎不扭转的或者无扭转的纤维芯。但还可以设想，对纤维芯有针对性地设置一定的扭矩，以便将该扭矩匹配于由外部金属丝或者外部绞合线引起的扭矩，这例如是为了提供一种总体上几乎不扭转或者无扭转的绳索。
几乎不扭转的绳索在受负载时仅轻微地扭转。为了制造几乎不扭转的绳索，纤维绞合线和可选地外部金属丝或者外部绞合线适宜地以这样的方向和捻距捻绕，使得绳索的扭转特性小于或等于在提升20％Fmin的负载时每1000d绳索长度360°的绳索扭转量，
其中，d＝绳索标称直径
Fmin＝绳索的最小致断力。
这种对几乎不扭转的绳索的定义可在标准DIN EN12385-3:2008-06.B.1.5的a)条中找到。
然而，已经被证明是特别有利的是：为了制造几乎不扭转的绳索，将纤维绞合线和可选地外部金属丝或者外部绞合线以这样的方向和捻距来捻绕，使得绳索的扭转特性小于或等于绳索在提升20％Fmin的负载时每1000d绳索长度36°的扭转量、尤其优选小于或等于在提升20％Fmin的负载时每1000d绳索长度3.6°的绳索扭转量。
有利地，纤维芯可以按照用于螺旋绳索的常规构成法来构造，该构成法如下：
其中，
n＝1，2，3，4...
m＝2，3，4，5...
在平行扭绞的情况下，纤维芯可以构造为所有可想到的绳索结构。尤其考虑下列绳索结构标准：希尔、菲尔、瓦灵顿、瓦灵顿-希尔、希尔-希尔、希尔–菲尔、希尔-瓦灵顿、希尔-瓦灵顿-希尔。
被证明尤其有利的是，借助按照本发明的方法能实现：为了制造纤维芯，将纤维绞合线以顺捻方式扭绞，在顺捻方式中，在纤维绞合线中的纤维和在纤维芯中的纤维绞合线沿相同方向卷绕。发明人认识到，这种扭绞在之前因为纤维绞合线在扭绞时以顺捻方式卷绕并且纤维绞合线在扭绞时相应地已经失去其结构而不可能实现，但是这种扭绞借助本方法能够实现，在本方法中所述纤维束通过基质材料保持在纤维绞合线结构中。在绳索受负载时，以顺捻方式扭绞的纤维绞合线比以交捻方式扭绞的纤维绞合线产生更大的扭矩。这可以有利地用于调节在受负载时产生的扭矩。从而可以根据相应所需的、通过相应的纤维绞合线产生的扭矩为各个纤维绞合线选择：所述纤维绞合线是以顺捻方式还是以交捻方式扭绞。
不言而喻，为此纤维绞合线可以由纤维束以顺时针方向(Z捻方式)或者以逆时针方向(S捻方式)绞合，并且可以按需由纤维绞合线以Z捻方式或者以S捻方式扭绞相应的纤维绞合线层。
在本发明的一种实施方式中，在纤维芯上设有覆层。所述覆层优选由基质材料构成，然而也可以由另一种材料构成，该材料与基质材料连接或者如此附着在该基质材料上，使得在纤维芯和覆层之间通过相应形成的连接或者附着能够传递这样大的力，使得所述连接或者附着在绳索受负载时保持住。适宜地，所述材料为此具有与基质材料相近的材料特性，优选地，所述材料由相同种类的塑料构成。当覆层由基质材料构成时，在制造纤维绞合线时可以将这样数量的基质材料设置到纤维绞合线中，使得在扭绞纤维芯期间加热时在纤维芯上形成由基质材料构成的层。备选地，覆层还可以在附加的工序中施加。
所述覆层优选设置为有足够的厚度，以便使金属丝或者金属丝绞合线至少部分嵌入。所述覆层尤其是可以设置为有这样的厚度，使得至少绳索内层的金属丝或者金属丝绞合线完全嵌入到所述覆层中。不言而喻，所述覆层也可以设置为有这样的厚度，使得金属丝或者金属丝绞合线的外层也完全处于覆层内部，从而所述覆层向外封闭所述绳索。通过所述嵌入，在绞合线或者绳索的由金属丝或者金属丝绞合线构成的外层和纤维芯之间也产生形锁合的连接。
虽然可以设想：在一个单独的方法步骤中(在该方法步骤中，纤维芯的覆层为了其软化而被加热)，将金属丝或者金属丝绞合线在纤维芯上扭绞，然而在本发明优选的实施方式中，金属丝或者金属丝绞合线在基质材料仍软的时间段内在纤维芯扭绞之后马上在纤维芯上扭绞。
在本发明的另一设计方案中，金属丝或者金属丝绞合线在扭绞在纤维芯上之前预成型，优选预成型为或者接近预成型为螺旋形形状，所述金属丝或者金属丝绞合线在制成的绳索中具有该螺旋形形状。利用预成型的金属丝或者金属丝绞合线制造的绳索具有较小的内应力或者没有内应力。所述金属丝或者金属丝绞合线是抗剪切的，亦即当绳索被切割时，所述金属丝或者金属丝绞合线不会张开。
当绳索仅具有一个唯一的由金属丝绞合线构成的层时，所述预成型被证明是尤其有利的，因为金属丝绞合线在这种结构下施加一个特别大的力到纤维芯上并且这个力通过预成型可以显著降低。然而不言而喻的是，即使当金属丝绳索具有两个或者更多个金属丝绞合线层时，金属丝绞合线的预成型也可以是有利的。
附图说明
接下来根据一些实施例和与这些实施例有关的附图来详细阐述本发明。图中示出：
图1为示意性的、用于执行按照本发明的方法的装置，
图2为根据图1的装置在等轴测图中的细节，
图3为示意性的、另一用于执行按照本发明的方法的装置，和
图4至9为各种不同的按照本发明的绳索的横截面。
具体实施方式
为了执行本方法，将例如由芳族聚酰胺或者聚乙烯制成的首先已绞转的纤维束2借助在图1中示出的绞合设备9绞合为纤维绞合线3。为此，纤维束2借助可转动的绞合线筐10被引导至绞合点4，在该绞合点处，所述纤维束卷绕成纤维绞合线3。在绞合线筐10上以已知方式设置有在此未示出的卷轴，纤维束2缠绕到该卷轴上。在制造纤维绞合线3时，在绞合线筐10转动期间，纤维束2连续地从卷轴退绕。借助辊16，纤维绞合线3从绞合点4被拉走并且为了进一步的使用而卷绕到卷筒17上。
如由图2更准确地看到，纤维束2在绞合点4处被容器11包围，热塑性塑料、例如聚丙烯可以从挤压机13经由可加热的管路14输送给所述容器。容器11在其朝向绞合线筐10的一侧上设有可转动的侧壁18，该侧壁具有多个开口19，各纤维束2可以穿过所述开口被引导到容器11中。借助与绞合线筐10刚性连接的连接桥12，可转动的侧壁18在绞合线筐10转动运动时被绞合线筐10带动。在纤维绞合线3中构成绞合线芯的纤维束2也可以穿过连接桥12被引导到容器11中。
在容器11的与侧壁18相对置的一侧上设有另一开口，由各纤维束2构成的纤维绞合线3可以通过该另一开口从容器11中往外运动。所述另一开口具有与要构成的纤维绞合线3的直径和形状相对应的直径和形状。
为了制造纤维绞合线3，纤维束2以相应所需的数量、结构和尺寸或者说以所需的构造在绞合线筐10以及可动的侧壁18转动时在绞合点4处连续地彼此卷绕。在此，连续地将聚丙烯液化地输送给容器11。所述聚丙烯在绞合之前以及在绞合期间涂覆纤维束2，从而在所述纤维绞合线3中的纤维束2嵌入到热塑性塑料中。
在纤维绞合线3从容器11的开口出来之后，所述纤维绞合线在水浴15中或者仅在空气中冷却，以便冷却并且由此加强所述热塑性塑料，并且接下来将所述纤维绞合线卷绕到卷筒17上。
利用以这种方式制造的纤维绞合线3，能够用常规的扭绞装置、通过将纤维绞合线3平行扭绞或者层扭绞来制造任意构造的纤维芯6，例如按照上述用于螺旋绳索的常规构成法或者以所提到的绳索结构(如希尔、菲尔、瓦灵顿和类似结构)进行制造。
图3示意性地示出常规的扭绞装置20，在该扭绞装置上设有加热装置22。借助所述加热装置22，纤维绞合线3在扭绞点21之前、在该扭绞点处和/或在该扭绞点之后被如此加热，使得在纤维绞合线3中的热塑性塑料变得如此软，以致所述热塑性塑料与另外的纤维绞合线3的相应热塑性塑料熔合并且在冷却之后形成一件式的纤维芯6。
在层扭绞的情况下，可以或是在扭绞个别或者每个纤维绞合线层31、32时或是仅在扭绞最后一个纤维绞合线层32时进行对纤维绞合线3的加热(参照在图4中在横截面中示出的绳索)。
接下来，在纤维芯6上，可能如图3所示地借助双扭绞机扭绞金属丝绞合线7并且形成按照本发明的绳索1。优选地，只要热塑性塑料5还是软的，就在纤维芯6上扭绞金属丝绞合线7。所述金属丝绞合线7然后压入到热塑性塑料5中，嵌入到该热塑性塑料中并且形成在直接设置在纤维芯6上的金属丝绞合线层71和纤维芯6之间的形锁合连接。
备选地，可以在纤维芯6的热塑性塑料5已经被加强时扭绞金属丝绞合线7。金属丝绞合线7于是仅设置在纤维芯6上。
可选地，金属丝绞合线7可以在其扭绞之前预成型，优选预成型为或者接近预成型为螺旋形形状，当绳索制成时，所述金属丝绞合线在绳索1中具有该螺旋形形状。由此，绳索1可以制造为带有较小的内应力、可能甚至不带有内应力。
在制造纤维绞合线3时，可以将这样多的热塑性塑料5设置到纤维绞合线3中，使得在加热扭绞好的纤维芯6时在纤维芯6上形成由热塑性塑料5构成的覆层8，金属丝绞合线7可以嵌入到该覆层中。
备选地，可以在纤维芯6上设置由热塑性塑料5构成的附加层，该附加层用于容纳金属丝绞合线7。
图4以横截面示出借助上述方法制造的绳索1，该绳索具有由相同直径和相同构造的纤维绞合线3构成的纤维芯6。所述纤维芯6在层扭绞中被扭绞为1+6+12的构造，其中，第一层31由6个纤维绞合线3以顺时针方向(Z捻方式)扭绞而成，并且第二层32由12个纤维绞合线3以逆时针方向(S捻方式)扭绞而成。因为纤维绞合线3以Z捻方式扭绞，所以层32以交捻方式并且层31以顺捻方式扭绞。
如图4所示，纤维绞合线3完全嵌入到热塑性塑料5中。设置在纤维芯6上的由金属丝绞合线7构成的层嵌入覆层8中，所述覆层由热塑性塑料5构成并且所述覆层包围纤维芯6的纤维束3。金属丝绞合线7以这样的捻绕角卷绕在纤维芯6上，使得在绳索1受负载时，由纤维芯6的纤维绞合线3以及由金属丝绞合线7引起的扭矩相互抵消。纤维芯6和金属丝绞合线8的捻距可以如此相互协调，使得绳索1是无扭转的或者几乎不扭转的、例如具有这样的扭转特性，该扭转特性小于在提升20％Fmin的负载时3.6°/1000d绳索长度的绳索扭转量。
接下来参照图5至9，其中相同的或相同作用的部分用与图1至4中相同的附图标记表示，并且所涉及的附图标记分别添加有一个字母。
在图8中示出的绳索1d与根据图4的绳索的不同在于，所述绳索仅设有唯一一个由金属丝绞合线7d构成的层，所述一个层的金属丝绞合线7d以这样的捻绕角卷绕在纤维芯6d上，使得在绳索1d受负载时，由纤维芯6d的纤维绞合线3d以及由金属丝绞合线7d引起的扭矩相互抵消，并且金属丝绞合线7d如上所述地预成型为螺旋形形状。通过所述预成型，一方面，所述金属丝绞合线7d施加相对小的力到纤维芯6d上。另一方面，所述绳索1d是抗剪切的、亦即在被剪切时不会在其内应力下张开。绳索1d同样是几乎不扭转的，并且可以具有上面对于绳索1所提到的扭转特性。
在图5中示出的绳索1a与根据图4的绳索1的不同在于，纤维芯6a平行扭绞并且具有1+6+(6+6)的结构(瓦灵顿)。纤维绞合线3a的外层32a的纤维绞合线3a、3b具有不同的直径。在绳索1a中，纤维芯6a和金属丝绞合线8a的捻距也如此互相协调，使得绳索1a是无扭转的或者是几乎不扭转的、例如具有这样的扭转特性，该扭转特性小于在提升20％Fmin的负载时3.6°/1000d绳索长度的绳索扭转量。
与根据图5的绳索1a不同，在图9中示出的绳索1e中设有仅唯一一个由金属丝绞合线7e构成的层，该一个层的金属丝绞合线7e以这样的捻绕角卷绕在纤维芯6e上，使得在绳索1d受负载时，由纤维芯6e的纤维绞合线3e、3e'以及由金属丝绞合线7e引起的扭矩相互抵消，从而该绳索是几乎不扭转的(并且在此例如具有上面对于绳索1a所提到的扭转特性)或者是无扭转的，并且所述金属丝绞合线7e如上所述地预成型为螺旋形形状。
在图6中示出另一按照本发明的绳索1b，该绳索的纤维绞合线在图中用阴影线表示。该绳索具有芯绳索6b，该芯绳索具有1+6+12的构造。为了影响在绳索1b受负载时由芯绳索6b引起的扭矩，芯绳索6b的各个层由纤维绞合线60沿着相反的捻绕方向层扭绞。在芯绞合线6b上设置有由5个绞合线40构成的绞合线层，该绞合线层具有1+5+(5+5)+10的构造，其中，仅绞合线40的外层由钢丝42构成，并且内部的1+5+(5+5)的结构由纤维绞合线41构成。所述绞合线40作为整体例如通过锤子压实。
围绕所述绞合线40卷绕有由外部绞合线50和70构成的外层。带有纤维绞合线51和钢丝52的外部绞合线50具有与所述绞合线40相同的构造并且同样被压实，然而具有较小的直径。外部绞合线70具有1+6+(6+6)+12的构造。在外部绞合线70中也由钢丝72构成绞合线外层，并且绞合线内部、亦即所述1+6+(6+6)的构造由纤维绞合线71构成。所述外部绞合线70也被压实。
为了形成绳索1b所需的所有纤维绞合线60、41、51、71借助上述方法制造并且在其扭绞时被加热，以便形成一件式的纤维芯。在制造纤维绞合线41、51、71时设置这样多量的热塑性塑料、例如PEEK，使得在其扭绞成相应的纤维芯之后被加热时已经形成由热塑性塑料构成的覆层，外部的钢丝42、52、72嵌入到所述覆层中。在其扭绞成绳索1b时，芯绞合线6b和绞合线40、50、70嵌入到由热塑性塑料构成的基质材料80中。基质材料80可以由相同的塑料构成，纤维绞合线60、41、51、71的纤维束也嵌入到所述塑料(例如PEEK)中；或者基质材料可以由另一塑料、例如聚碳酸酯构成，所述另一塑料附着在热塑性塑料上、可选地与其以化学方式连接。
在根据图6的绳索1b中，纤维绞合线60b、绞合线40和外部绞合线70也可以如此捻绕，使得所述绳索1b是几乎不扭转的并且在此例如具有这样的扭转特性，该扭转特性小于在提升20％Fmin的负载时36°/1000d绳索长度的绳索扭转量。
在图7中示出的绳索1c具有芯绳索6c，该芯绳索具有1+6+(6+6)+12的构造。芯绳索6c的外层由钢丝62c构成。芯绳索6c内部的1+6+6(6+6)的构造由纤维芯构成，该纤维芯的按照上述方法制造的纤维绞合线60c平行扭绞，并且如上所述地在扭绞时在加热的情况下彼此连接。
围绕芯绳索6c卷绕的绞合线40c具有由单个纤维绞合线41c构成的纤维芯和在该纤维芯上绞合的钢丝42c(1+6的构造)。绳索1c的外层由钢丝绞合线70c构成。
在扭绞绳索1c时，芯绞合线6c、绞合线40c和外部绞合线70c嵌入到由热塑性塑料构成的基质材料80c中。所述基质材料80c优选由与用于制造纤维绞合线60c、41c的热塑性塑料相同的热塑性塑料(例如聚酰胺)构成。绳索c整体地例如通过锤子压实。
在绳索1c中，钢丝62c、纤维绞合线60c、绞合线40c和钢丝绞合线70c可以如此捻绕，使得绳索1b是几乎不扭转的并且在此例如具有这样的扭转特性，该扭转特性小于在提升20％Fmin的负载时18°/1000d绳索长度的绳索扭转量。
不言而喻，根据图5至9的绳索1a、1b、1c、1d、1e的具有金属丝的绞合线同样可以如上面对于金属丝绳索1所述地那样预成型。
