多股绞合的合成纤维绳索 本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的合成纤维绳索，优选芳族聚酰胺纤维。尤其在材料搬运工艺中，例如在升降机上，在起重机的构造中，及在采矿中，绳索是一种重要机器元件并经受荷重用途。一种特别复杂的方面是被驱动的绳索或在滑轮上负荷的绳索的荷载，例如用于升降机构造中绳索的负载。
在普通升降机装置中，在升降机吊车路径上移动的机相吊索和平衡重量部件是由一条钢丝绳索连接在一起。为了使机箱和平衡重量部件上升和下降，绳索是在一牵引滑车槽轮上运行，该槽轮是由驱动马达驱动。驱动的扭力矩是通过摩擦传递给绳索截面，而绳索在任何力矩下都是处于包角中。在包角的这一点上绳索要经受很高的横向切力作用。当载重的绳索通过牵引滑车槽轮逆变转动时，绳索中各股线彼此相对运动以补偿拉伸应力的差别。缠绕在转鼓上的绳索与用于升降机或起重机中的情况一样。
在某些升降机装置中，需要很长地绳索，但是从能量概念考虑却要求最小可能的质量或重量。高抗张强度的合成纤维绳索，例如芳族聚酰胺类或简名为阿拉米德类(aramides)的纤维具有高度取向的分子链，能比钢丝绳索更好地满足这些要求。
与同样横截面面积的普通钢丝绳索相比，由芳族聚酰胺纤维构制的绳索具有高得多的牵拉升降能力，并且其比重仅为钢丝绳的五分之一至六分之一。然而，与钢丝相比，芳族聚酰胺纤维的原子结构又导致其具有低的扯断伸长率和低的剪切强度。
因而芳族聚酰胺纤维，当它们通过牵引滑车槽轮时只能经受最小可能的横向应力，例如EP 0672,781 A1提出芳族聚酰胺纤维绳索适用作牵引绳索。在各股线的最外层和内层之间，有一中间护套可防止不同层各股线之间发生接触并以此减少它们彼此相对摩擦引起的磨损。至今所述的已知芳族聚酰胺绳索具有满意的使用寿命值，耐磨蚀，及在反复弯曲应力下的疲劳强度；然而，已经确认，由于平行扭绞便有这样的可能性，即在永久性载荷的牵引绳索中，在开始移动至牵引滑车槽轮处的绳索截面上便有一种内扭力矩起作用，并且当绳索通过牵引滑车槽轮时这种截面用绕纵轴扭绞(twist)或不扭绞(untwist)。产生应力的后果，有可能发生结构的变化，这种变化会导致各最外部的股线变得过长。这些过多的长度以绳索重复通过牵引滑车槽轮方式在绳索内传输。绳索结构上的这种变化是不希望的，因为它会导致绳索断裂负荷的减少或者甚至导致绳索断裂。
本发明的目的是避免已知合成纤维绳的这些缺点并提出一种具有非扭绞(non-twisting)结构的合成纤维绳索。
根据本发明，这一目的是通过合成绳索的制法得到实现，该绳索的一些特征已描述于权利要求1中。
本发明产生的一些优点涉及这样的事实，即在荷载下由于绳索结构的原因而产生的某些扭力矩，是通过将外层一些股线的绞捻方向相反于承载它们的内部股线的绞捻方向的办法，使彼此抵销掉，得到外部为非扭绞的绳索结构。原则上，用本发明的任何绳索均可获得某些缺点，即绳索处于张力载荷下无论是否用于牵动或静态方式，均有优点。
由不同直径的股线来构制内股线层是有优点的。将大直径股线与小直径股线进行交替排列，可得到一种几乎为园形截面和高填充效率的股线层。总体上，然后将各股线紧密排列在一起并使彼此支撑，得到一种很密实的和牢固的扭绞，在牵引滑车槽轮上变形很少，并证明没有松卷倾向。
而且，由于处于顶部并彼此平行的不同层的股线沿它们的长度会发生接触，结果得到垂直于各股线的很低的表面压力水平。这种情况以同样方式应用于股线的芳族聚酰胺纤维。如果一种股线的合成纤维以与各股线本身相同的扭绞方向扭绞，便可得到改进了的扭绞内聚力。
而且，平行扭绞的各股线的使用寿命能够增加，如果，例如，在具有两层的平行扭绞的绳索中一层股线中各股线纤维的绞捻方向相反于另一层各股线中纤维的绞捻方向的话。
在本发明一优选实施方案中，作用于合成纤维绳索的各种力在各股线整个横截面上获得了有利的分布，其方法是使外侧的各股线与内股线层的各股线以1.5与1.8之间的扭矩长度之比进行扭绞。当绳索处于负荷时，这便得到在所有高张力股线上的均匀的应力分布。这意味着所有股线对绳索的抗张强度都有贡献，以此便可得到在反复弯曲应力下的高疲劳强度和绳索总的长使用寿命。
在权利要求1中所述的本发明优越的发展和改进，还在从属权利要求中作了描述。
更详细的描述可参照附图中所说明的一些实施方案说明如下，在附图中表示了本发明的由多层股线构制成的相反绞矩的绳索。附图如下：
图1是具有2∶1绳索牵拉距离的升降机装置的示意图；
图2是根据本发明的相反绞矩绳索的第一实施方案透视图；
图3是本发明第二实施方案的横截面视图。
图1表示在两个反回滑轮2，3上具有2∶1绳索牵拉距离安排的升降机装置的示意图。以这样的安排，用于牵引绳索1的绳索末端连接器4没有紧固于机箱5和平衡重量部件6，但在每一情况下都紧固于绞车升降路径的顶端7。承载机箱5和平衡重量部件的牵引绳索1反复可逆地运动至两个反回滑轮2和3处和牵引滑车槽轮8处的可逆升降，可清楚地看到。
图2表示本发明的牵引绳索1的第一实施方案。用在升降机绳索1中的股线9，10，11，12是由单根芳族聚酰胺纤维绞捻或扭绞在一起。为了保护纤维，每个单根芳族聚酰胺纤维，及股线9，10，11，12的本身，都用浸渍物质，例如聚氨酯溶液，给予处理。根据所要求的反复弯曲的性能，聚氨酯的使用比例可在百分之十与六十之间。
牵引绳索1是由核芯股线9构成，围绕芯线9的是在第一股线层14中将五根相同的股线10以第一扭绞方向13而螺旋形地扭绞在一起，与它们一起有第二股线层15中的十根股线10，11以平行扭绞方式处于纤维绞捻方向与股线扭绞方向之间的平衡比例中。芳族聚酰胺纤维的绞捻方向可以相同或相反于它们所属股线层的股线的扭绞方向。在以相同扭绞方向情况下，在未负荷条件下可获得更好的绞合内聚力。如果第一股线层13中的纤维的绞捻方向是相反于第二股线层16中各股线10，11的纤维的绞捻方向，或者二者相反，绳索的使用寿命均可延长。
第二股线层16包含有每种五根相同股线10，11的两种类型的交替排列。具有较大直径的五根股线11螺旋形地排列在支持它们的第一股线层14的空隙中，而具有直径相同于第一股线层14的股线10的五根股线10排列在支持它们的第一股线层14外面最高点上，并以此填充满具有较大直径的两个相邻股线11之间的一些空隙。以此方法，双平行扭绞的绳索核芯19可容纳几乎为圆形外部轮廓的第二股线层16，核芯19与中间护套20相结合可提供更进一步的优点，这将描述于下。
当牵引绳索1处于纵向负荷时，绳索核芯19的平行扭绞便产生一种扭力矩，该扭力矩相反于扭绞方向13。
与绳索的核芯9一起，约有十七根股线12以绳绞方式按照第二扭绞方向15而相反于第一扭绞方向13扭绞在一起，形成了股线22的外包层。在说明实施方案中，排列在外侧12上的一些股线与内部各股线层14，16的各股线10，11的螺距长度之比是1.6。总地来说，对于相反扭绞方向，螺距长度之比在1.5至1.8范围内较优越。这可以得到一种内部两股线层14，16的螺旋形排列股线10，11和外包股线层21的股线12，的基本上相同的螺旋角并且有允许偏差范围为±2角度。在载荷下，外包股线层21的扭绞会产生一种与第二扭绞方向15成相反方向的扭力矩。
在以第二扭绞方向扭绞的外包股线层21与第二股线层16的股线10，11之间有一种中间护套20。该中间护套采用管子形状包封着第二股线层16并防止股线10，11与股线12接触。这样，便可防止当牵引绳索1在牵引滑车槽轮8上运行时由股线10，11，12之间相对运动彼此相对摩擦引起的股线10，11，12的磨损。
中间护套20还有一种功能是传送扭力矩，它是当牵引绳索1处于载何下在外负股线层21中所产生的，并由此传送给绳索核芯19，它以第一扭绞方向13平行扭绞便产生一种扭力矩，该扭力矩与绳索处于纵向载荷下的扭绞方向成相反方向。而且，中间护套20是由弹性形变材料如聚氨酯或聚酯弹性体制成，是模压或挤压到绳索核芯9上。在外包股线层21的中心作用的收缩力之下，中间护套20便发生弹性变形，紧密地针对股线层16和21的外周护套的异形轮廓，并填充满所有的间隙22。
中间护套的弹性必须大于股线浸渍层的弹性与支持股线材料的弹性，以便防止它们提早损坏。另一方面，中间护套20的总伸长率需在所有情况下大于股线10，11，12彼此相对的最大运动。同时，在股线10，11，12与中间护套20之间的摩擦系数u＞0.15的这样选择，这实际上在各股线与中间护套20之间不致发生相对运动，而是中间护套20通过弹性变形来伴随补偿运动。
中间护套20的厚度23可用来以控制方式设定外包股线层12到牵引绳索1旋转中心之间的径向距离24并以此来平衡外包股线层21的扭矩与在负荷牵引绳索1中以相反方向上起作用的平行扭绞的绳索核芯19之间扭矩之比。对中间护套20所选择的厚度必需随着股线12和/或股线9及10的直径的增加而增加。在所有情况下，中间护套20的厚度23必须给予这样的尺寸以保证在负荷下，当流程完成和各股线22之间的间隙完全填充满时，还能在相邻各股线层16和21的股线10，11，及12之间仍保持0.1mm护套厚度。这种弹性形变的中间护套21能引起第二股线层的整个外周护套表面上扭力矩的均匀化传递。结果，外包股线层21的收缩力和外包股线层21的扭力矩不再对各股线外面的最高点17起主要作用。而只是广泛扩展于外周护套的整个表面。这样可避免高浓集的力并代之以作用于表面上的较小量级的表面力。在各股线之间的间隙22的体积可通过在第二股线层16中大直径股线11和较小直径股线10的交替排列而得到减小。
在另一实施方案中，第二股线层16不是包封在中间护套中作为一个整体，而是股线10，11和/或12每个都是被适当弹性合成材料的护套围绕着。与此相关联，需注意，护套材料的摩擦系数要尽可能高些。
已经提供了一种绳索护套25用作芳族聚酰胺纤维股线的保护护套。绳索护套25是由合成材料，优选聚氨酯，制成，这可保证在牵引滑车槽轮8上的摩擦系数为所需值u的摩擦系数。而且，合成材料护套的耐磨蚀也有严格的要求，需使升降机绳索在牵引滑车槽轮中运动时不致发生损坏。绳索护套25要与外包股线层21很好地结合，以便当牵引绳索1在牵引滑车槽轮上运行时，这时会在它们之间会产生横向力和压力，不再发生相对运动。
除过包封了整个外包股线层21的绳索护套25之外，每个单独股线还增加提供以分开的，无缝护套26。然而牵引绳索1的其余结构保持不变。
图3表示本发明绳索第二实施方案的结构截面视图，该绳索在未负荷状态具有相反的扭绞方向。尽可能地，其部件与上述第一实施方案相同，这些部件引用了相同的标号。在该第二实施方案中股线27也扭绞而形成了外包股线层28，与绳索核芯29成相反扭绞方向。外包股线层28包括有十三根股线12并由绳索护套30包覆着。一种中间护套31位于外包股线层28与绳索核芯29之间。该中间护套31固封了外包股线层28和绳索核芯29的一些相邻护套的表面，并且完全填充满了股线27之间的间隙32。关于中间护套31的材料，尺寸及功能，与上述第一实施方案的中间护套相同。绳索的核芯29是芳族聚酰胺纤维制成的三种不同粗细的股线33，34，35构成，三股线33形成了绳索，围绕着绳索核芯29的是股线34和股线35以交替序列和平行扭绞方式扭绞在一起。
除过上述几个实施方案之外，一层或多层外包股线层可以彼此共轴扭绞在一起，但每层具有扭矩相反于支持它们的股线层。而且，也可以创造多种扭绞的外包股线层。本发明取得了优越的效果，但还需注意，由各股线层产生的一些扭力矩常常是相互补偿的。
除过用于各种升降机中和架空索道之外，本发明的绳索可用于材料搬运的各种装置中，例如用于各种升降机，吊索，房屋建筑起重机，工厂或造船用起重机，滑雪升降机或用于自动楼梯。绳索可用牵引滑车槽轮驱动或由绳索圈绕于其上的转鼓驱动。
也与纯粹用作悬吊绳索一样，本发明的绳索可用于宽广范围的设备中，用于搬运材料，例子为升降机，矿井中悬吊齿轮，室内起重机，造船起重机，架空索道，及滑雪升降梯，以及自动楼梯上的牵引工具。驱动和传动可利用牵引滑轮或Kotpe滑轮上的摩擦力，或用缠绕在旋转绳索转鼓上的绳索。提升绳索是被理解为牵动的，被传动的绳索，它有时也指一种牵引或悬吊的绳索。