專利名稱：具有由碳制成的絲線的繩索的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種繩索，特別是使用在負載應用中，例如使用在繩索升降機中，該繩索包括包含碳的且由聚合材料制的基體包圍的絲線，本發(fā)明還涉及一種具有這種繩索的負載牽引系統(tǒng)和一種用于制造這種繩索的方法。
背景技術：
已知為了提高繩索的抗拉強度在繩索中設置包含碳的絲線，并且這些絲線嵌入在聚合材料制的基體中。然而，已知的包含基于碳的絲線的繩索具有較小的耐磨性和相應小的壽命。這種繩索的較小耐磨性的原因特別是在于，各個絲線在繩索受負載期間相對于彼此運動并同時相互摩擦，由此在纖維的周界面上產(chǎn)生損壞(例如裂縫)，其可降低個別絲線的抗拉強度或甚至導致個別絲線的斷裂。此外已知的上述型式的繩索的缺點是，其具有較小的橫向于繩索的縱向方向的柔性并由此具有小的可彎曲性。因此，例如在這種繩索使用在起重機(其中繩索經(jīng)由一個或多個轉向輪引導)中時，如果繩索不以較大的曲率半徑經(jīng)由各轉向輪引導，則遭受增大的磨損。

發(fā)明內容
基于該背景，本發(fā)明的目的在于提供一種繩索，其特征在于改進的穩(wěn)定性、增強的耐磨性、提高的壽命和提高的柔性；以及提供一種具有這種繩索的負載牽引系統(tǒng)和一種用于制造這種繩索的方法。按照本發(fā)明，該目的通過一種按照權利要求1所述的繩索且特別是一種具有如下特征的繩索實現(xiàn)，即該繩索包括包含碳的絲線，各絲線分別由涂料包覆，其中由涂料包覆的各絲線由基體包圍，該基體由包含至少一種彈性體和/或至少一種熱塑性彈性體的材料構成。通過使按照本發(fā)明的基于碳的各絲線分別由涂料包覆，確保各個絲線牢固和持久地附著在包圍這些絲線的基體材料上。因此各個絲線的由涂料構成的包覆層作為增附劑作用在相應的絲線與包圍該絲線的基體之間。同時基體將各個分別由涂料包覆的絲線彼此分隔開。因為基體由包含至少一種彈性體和/或至少一種熱塑性彈性體的材料構成，因此基體是彈性的并可以承受在繩索中可能發(fā)生的張力。因此確保即使當由于負載而向繩索施加大的拉力時，繩索中的各個絲線依然可以相對于彼此運動，但各個絲線并不會直接接觸并由此相互摩擦。由此，繩索具有高且持久的耐磨性。這在繩索被施加的負載經(jīng)由轉向裝置例如轉向輪引導時是特別適用的。在該情況下，存在于繩索的貼靠在轉向輪上的一側中的絲線朝繩索中的更外側的絲線進行強制的大相對運動。由于上述原因，即使在這種情況下， 由于包圍絲線的基體的彈性特性并由于絲線因由涂料構成的包覆層而在基體材料上的牢固附著，依然可靠地阻止各個絲線的導致磨損的相互摩擦。由此，按照本發(fā)明的繩索的特征還在于提高的柔性和提高的可彎曲性，因此該繩索例如也可以均勻地貼靠在較小半徑的轉向輪上，而不在負載下受到損壞。原則上可以使用任何材料作為涂料，該材料確?；谔嫉慕z線在彈性體或熱塑性彈性體上的良好增附性，亦即該材料不僅具有在基于碳的絲線上的良好附著，而且具有在彈性體或熱塑性彈性體上的良好附著。當涂料包含選自如下的組中的至少一種材料時特別是得到良好的結果，該組包括聚氨酯、熱塑性彈性體、聚酯、橡膠、橡膠衍生物和兩種或多種上述化合物的任意組合。優(yōu)選地，涂料包括上述材料中的一種。原則上可以使用任何的彈性體和/或熱塑性彈性體作為基體材料。對于彈性體特別適合的示例包括選自如下的組的這些材料，該組包括乙烯-丙烯-二烯烴橡膠、氯丁橡膠、氯磺基聚乙烯橡膠、乙烯乙酸乙烯酯橡膠、異丁橡膠、丙烯腈-丁二稀橡膠、天然橡膠、 丁苯橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠、硅酮橡膠、聚烯烴橡膠和兩種或多種上述化合物的任意組合，其中基體優(yōu)選包括一種或多種上述材料。這些材料具有良好的彈性特性并還可以根據(jù)增附性通過涂料牢固且持久地附著在基于碳的絲線上。對于待用于基體中的熱塑性彈性體，適合的示例包括選自如下的組的這些材料， 該組包括苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-二烯嵌段共聚物、包括乙烯-丙烯-二烯烴橡膠和聚丙烯的混合物、基于氨基甲酸酯的熱塑性彈性體、基于共聚酯的熱塑性彈性體、基于共聚酰胺的熱塑性彈性體和兩種多種上述化合物的任意組合，其中基體優(yōu)選包括一種或多種上述材料。這些材料也具有良好的彈性特性并還可以根據(jù)增附性通過涂料牢固且持久地附著在基于碳的絲線上。如所述，熱塑性彈性體可以例如不僅用作基體材料而且用作涂料材料。但按照本發(fā)明，涂料和基體由兩種不同的材料構成，亦即在熱塑性彈性體的情況下由兩種不同的熱塑性彈性體構成。為了實現(xiàn)繩索的特別高的耐磨性，在發(fā)明構思的擴張方案中建議，各個由涂料包覆的絲線的至少50%、優(yōu)選至少80%、特別優(yōu)選至少90%和更特別優(yōu)選100%由基體材料完全包圍。由此各個絲線沿其整個周界面和其整個長度通過基體材料彼此分隔開，從而可靠地阻止各個絲線在其整個表面上的相互摩擦。就此而言，完全包圍意味著，每一用涂料涂層的絲線的外周界面的至少80%、優(yōu)選至少90%、特別優(yōu)選至少95%、更特別優(yōu)選至少 98%和最優(yōu)選100%由基體材料包圍。此外優(yōu)選地，各個絲線在繩索的橫截面上至少近似均勻地分布于基體材料中，從而各個絲線分別由至少近似相同量的基體材料包圍。按照本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施形式，各個由涂料包覆的絲線的至少93重量％、優(yōu)選至少95重量％、特別優(yōu)選至少98重量％和更特別優(yōu)選完全地由碳構成。這樣的絲線具有特別高的抗拉強度。除在基于碳的絲線外，繩索還可以包括其他材料的纖維，例如這些纖維選自包括玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、金屬纖維、陶瓷纖維和兩種或多種上述纖維型式的任意組合的組。不過在這種情況下優(yōu)選地，由基體包圍的纖維的至少50%是碳纖維。在發(fā)明構想的進一步構成中建議，由涂料包覆的絲線的至少50%沿繩索的縱向方向延伸，其中各個絲線與繩索的縱軸線的最大偏角為優(yōu)選最大15°、進一步優(yōu)選最大 10°，更進一步優(yōu)選最大5°、特別優(yōu)選最大2°和最優(yōu)選為0°。由此實現(xiàn)各絲線具有其最大的抗拉強度，而沒有顯著的橫向力作用到各個纖維上，因此提高繩索的抗拉強度和耐用性。特別優(yōu)選地，絲線的至少80%、還進一優(yōu)選至少90%和最優(yōu)選全部具有這樣的定向。按照本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施形式設定，由涂料包覆的各絲線分別在繩索的至少一半長度上、優(yōu)選在繩索的至少75%的長度上、特別優(yōu)選在繩索的90%的長度上和最優(yōu)選在繩索的整個長度上延伸。為了達到這一點，各個絲線可以是幾分米直到幾米長。按照本發(fā)明的繩索的各個絲線可以是相互扭絞的，這在繩索在其使用中經(jīng)由轉向裝置(例如轉向輪)引導時特別是優(yōu)選的。特別是，在使用時不經(jīng)由轉向裝置引導的繩索中，各個絲線也可以是不扭絞的。按照本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施形式，繩索具有扁平的橫截面。所謂扁平的橫截面按照本發(fā)明應該被理解為繩索具有大于1的長寬比。就此而言，長寬比表示繩索的最大橫截面延伸距離與繩索的橫截面的沿與該最大橫截面延伸距離的方向垂直的方向的最大延伸距離的商。通過扁平的橫截面還進一步提高繩索沿高度方向的可彎曲性。就此而言，當長寬比大于2和特別優(yōu)選大于4時達到特別良好的結果。為了便于將繩索敷設在轉向裝置、例如轉向輪上，還優(yōu)選的是，繩索的橫截面是凸形的。例如繩索可以具有光滑表面的扁平面，其凸出地彎曲并具有無直角或銳角的棱邊，并且其優(yōu)選至少近似在繩索的整個寬度上延伸。此外，繩索可具有沿繩索的縱向方向延伸的圓形邊緣和/或一個或多個沿繩索的縱向方向延伸的導槽。這樣的導槽可以例如處在上述表面的邊緣上并構成在相應構造的轉向輪上以固定繩索。在發(fā)明構想的擴展方案中建議，由涂料包覆的各絲線構成為織物。在這種情況下， 織物的經(jīng)紗部分多于其緯紗部分。按照本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施形式，繩索在其橫截面上具有多個相互重疊設置的層，其中每一層包括多個包含碳的絲線。在該實施形式中優(yōu)選地，各個層具有相互不同的彈性，其中各個層的彈性從繩索的一側朝繩索的對置側特別優(yōu)選地逐漸地增加。在這樣的繩索與轉向裝置例如轉向輪使用時，優(yōu)選地，繩索的支承在轉向裝置上的一側比繩索的與該側對置的一側具有較小的彈性。由此實現(xiàn)繩索的沿轉向方向的良好可彎曲性和繩索的在轉向裝置上的緊密貼靠，同時實現(xiàn)繩索的高抗拉強度和穩(wěn)定性。這樣的彈性變化可以例如通過如下方式實現(xiàn)在各個層中設置每一橫截面面積各不相同數(shù)量的絲線和/或在各個層中設置具有不同厚度或特性的絲線。為了保護繩索不受外部的機械影響，按照本發(fā)明的繩索可以具有包圍基體的包覆層，其優(yōu)選具有一種塑料和至少一種附加材料，該附加材料優(yōu)選是金屬或包括金屬。此外，繩索可以具有邊緣保護部，其優(yōu)選包括由金屬制成的織物。本發(fā)明的另一目標是一種具有上述繩索的負載牽引系統(tǒng)。該負載牽引系統(tǒng)可以特別是指一種繩索升降機，其中繩索在一端可以連接于負載，例如電梯間。按照本發(fā)明的一優(yōu)選的實施形式，負載牽引系統(tǒng)包括至少一個轉向裝置，所述繩索經(jīng)由該至少一個轉向裝置引導。在此，至少一個轉向裝置可以例如是轉向輪。特別是在上述實施形式中，繩索優(yōu)選具有扁平面并以該扁平面支承在轉向裝置的表面上。此外，在上述實施形式中優(yōu)選地，繩索在其橫截面上具有至少兩個相互重疊設置的分別具有不同彈性的層，其中遠離轉向裝置的層比面向轉向裝置的層具有較高的彈性。 由此，如上所述，可以實現(xiàn)繩索的沿轉向方向的良好可彎曲性和繩索在轉向裝置上的緊密貼靠，同時實現(xiàn)繩索的高抗拉強度和穩(wěn)定性。本發(fā)明的另一目標是一種上述繩索或所述負載牽引系統(tǒng)用于牽引負載的用途。在該應用中，繩索的各個絲線可以是不扭絞的，這在用繩索牽引負載而繩索在負載與對置于該負載的一端之間沒有轉向時是特別優(yōu)選的。當繩索在使用中經(jīng)由至少一個轉向裝置、例如經(jīng)由至少一個轉向輪引導時，相反， 繩索的各個絲線優(yōu)選是相互扭絞的。本發(fā)明的另一目標是用于制造上述繩索的方法，其中分別用涂料包覆至少兩個包含碳的絲線，并且接著用具有至少一種彈性體和/或至少一種熱塑性彈性體的基體材料浸漬由涂料包覆的各絲線。優(yōu)選地，各絲線在涂覆涂料以后和/或在浸漬之前作為松散的絲線或絲線束(絲條)存在，由此浸漬可以特別簡單地滲入在由涂料包覆的各絲線之間的區(qū)域內。為此，在涂覆涂料以后和在浸漬之前可以干燥和/或硬化各絲線。為此，可以例如將一個或多個絲條牽引通過涂料材料的浴池，接著可選地干燥這樣處理的絲線，然后用基體材料例如通過擠拉浸漬該絲線。


以下純示例性地借助有利的實施形式參照附圖描述本發(fā)明。其中圖1示出按照第一實施例的按照本發(fā)明的繩索的局部剖視圖；圖2示出圖1中所示的繩索的部分A的放大圖；圖3示出按照第二實施例的按照本發(fā)明的繩索的局部剖視圖；圖4示出按照第三實施例的按照本發(fā)明的繩索的局部剖視圖；和圖5示出按照第四實施例的按照本發(fā)明的繩索的剖視圖。
具體實施例方式圖1中示出按照第一實施例的按照本發(fā)明的繩索。該繩索具有多個包含碳的絲線 10，這些絲線分別由涂料12包覆，其中由涂料12包覆的各絲線10由基體14包圍，該基體由包含至少一種彈性體和/或至少一種熱塑性彈性體的材料構成。絲線10是指由100%的碳構成的絲線。該繩索具有凸形橫截面和大于1的長寬比，該長寬比對應于寬度B與高度H的商。圖2示出圖1中所示的繩索的橫截面的部分A的放大圖。為了說明，在該圖中僅示出兩個由涂料12包覆的絲線10的沿繩索縱向方向的延伸段。如圖2中所示，各絲線10至少近似相互平行地沿繩索的縱向方向延伸，其中各個絲線10通過基體14彼此分隔開并分別完全由基體材料14包圍。在此，各絲線10較均勻地分布于基體14中，從而所有絲線10中的每個絲線10與其最近的相鄰絲線10之間的間距d 至少近似相等。通過用基體14對各絲線10的包圍以及由涂料12引起的基體材料14在各絲線10上的良好附著，防止各個絲線10彼此間的相互摩擦，并通過基體14的可彈性變形性同時確保各個絲線10彼此間的相對自由度，因此總體上實現(xiàn)繩索的高且持久的耐磨性。
圖3示出按照第二實施例的按照本發(fā)明的繩索的局部剖視圖，其具有矩形橫截面，其中各個拐角被倒圓以形成四個圓形邊緣16。圖4示出按照第三實施例的按照本發(fā)明的繩索的局部剖視圖，其具有兩個導槽 18。利用導槽18，繩索可以配合精確地嵌入到導向或轉向裝置中。圖5示出按照第四實施例的按照本發(fā)明的繩索的剖視圖，其經(jīng)由支承在軸22上的轉向輪20引導。該繩索在其橫截面上具有多個相互重疊設置的層Ma-Md，其中每一層 Ma-24d包括多個包含碳的絲線10。各層Ma_24d具有不同的彈性，其中彈性從設置在繩索的遠離轉向輪20的一側的層Ma向設置在繩索的面向轉向輪20的一側的層24d逐級地
減小。
附圖標記清單
10絲線
12涂料
14基體
16圓形邊緣
18導槽
20轉向輪
22轉向輪的軸
24a-24d層
B寬度
H高度
d間距
權利要求
1.繩索，例如用于在繩索升降機中使用，該繩索包括包含碳的絲線(10)，這些絲線分別由涂料(12)包覆，其中由涂料(12)包覆的各絲線(10)由基體(14)包圍，該基體(14) 由包含至少一種彈性體和/或至少一種熱塑性彈性體的材料構成。
2.按照權利要求1所述的繩索，其特征在于，涂料(12)包含選自如下的組中的至少一種材料，該組包括聚氨酯、熱塑性彈性體、聚酯、橡膠、橡膠衍生物和兩種或多種上述化合物的任意組合。
3.按照權利要求1或2所述的繩索，其特征在于，所述至少一種彈性體選自如下的組， 該組包括乙烯-丙烯-二烯烴橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、乙烯乙酸乙烯酯橡膠、 異丁橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、天然橡膠、丁苯橡膠、丙稀酸酯橡膠、氟橡膠、硅酮橡膠、聚烯烴橡膠和兩種或多種上述化合物的任意組合。
4.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，所述至少一種熱塑性彈性體選自如下的組，該組包括苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-二烯嵌段共聚物、包括乙烯-丙烯-二烯烴橡膠和聚丙烯的混合物、基于氨基甲酸酯的熱塑性彈性體、基于共聚酯的熱塑性彈性體、基于共聚酰胺的熱塑性彈性體和兩種或多種上述化合物的任意組合。
5.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，各個由涂料(12)包覆的絲線 (10)的至少50%、優(yōu)選至少80%、特別優(yōu)選至少90%和更特別優(yōu)選100%由基體材料完全包圍。
6.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，各個由涂料(12)包覆的絲線 (10)的至少93重量％、優(yōu)選至少95重量％、特別優(yōu)選至少98重量％和更特別優(yōu)選完全地由碳構成。
7.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，該繩索還包含選自如下的組的各絲線，該組包括玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維、金屬纖維、陶瓷纖維和兩種或多種上述纖維的任意組合。
8.按照權利要求7所述的繩索，其特征在于，由基體(14)包圍的絲線(10)的至少50% 是碳纖維。
9.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，由涂料(12)包覆的絲線(10)的至少50%沿繩索的縱向方向以與該縱向方向的最大偏差為最大15°、優(yōu)選最大10°、特別優(yōu)選最大5°和最優(yōu)選最大2°地延伸。
10.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，由涂料(12)包覆的各絲線 (10)分別在繩索的至少一半長度上、優(yōu)選在繩索的至少75%的長度上、特別優(yōu)選在繩索的 90 %的長度上和最優(yōu)選在繩索的整個長度上延伸。
11.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，各個由涂料(12)包覆的絲線 (10)是相互扭絞的，或者由涂料(1 包覆的各絲線(10)是不扭絞的。
12.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，該繩索具有扁平的橫截面，其中該繩索的長寬比大于1、優(yōu)選大于2和特別優(yōu)選大于4。
13.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，該繩索具有沿繩索的縱向方向延伸的圓形邊緣(16)和/或具有一個或多個沿繩索的縱向方向延伸的導槽(18)。
14.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，由涂料(12)包覆的各絲線 (10)構成為織物。
15.按照權利要求14所述的繩索，其特征在于，所述織物的經(jīng)紗部分多于所述織物的緯紗部分。
16.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，該繩索在橫截面上具有多個相互重疊設置的層0^-24d)，其中每一層(Ma-24d)包括多個包含碳的絲線(10)。
17.按照權利要求16所述的繩索，其特征在于，各個層(Ma-Md)具有相互不同的彈性。
18.按照權利要求17所述的繩索，其特征在于，各個層(Ma-Md)的彈性從繩索的一側向繩索的對置側逐漸增大。
19.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，該繩索具有包圍基體(14)的包覆層。
20.按照權利要求19所述的繩索，其特征在于，該包覆層具有一種塑料和至少一種附加材料，該附加材料優(yōu)選是金屬。
21.按照上述權利要求之一項所述的繩索，其特征在于，該繩索具有邊緣保護部，該邊緣保護部優(yōu)選包括由金屬制成的織物。
22.負載牽引系統(tǒng)，特別是繩索升降機，該負載牽引系統(tǒng)包括按照權利要求1至21之一項所述的繩索。
23.按照權利要求22所述的負載牽引系統(tǒng)，其特征在于，該負載牽引系統(tǒng)包括至少一個轉向裝置、優(yōu)選至少一個轉向輪(20)，所述繩索經(jīng)由該至少一個轉向裝置引導。
24.按照權利要求23所述的負載牽引系統(tǒng)，其特征在于，該繩索具有扁平面并以該扁平面支承在所述轉向裝置的表面上。
25.按照權利要求23或M所述的負載牽引系統(tǒng)，其特征在于，該繩索在橫截面上包括至少兩個相互重疊設置的分別具有不同彈性的層0^-24d)，其中遠離轉向裝置的層 (24a.24b.24c)比面向轉向裝置的層(Mb、Mc、Md)具有較高的彈性。
26.一種按照權利要求1至21之一項所述的繩索用于牽引負載的用途，其中該繩索的各個絲線(10)是不扭絞的。
27.一種按照權利要求1至21之一項所述的繩索用于牽引負載的用途，其中該繩索經(jīng)由至少一個轉向裝置、優(yōu)選至少一個轉向輪00)引導，并且該繩索的各個絲線(10)是相互扭絞的。
28.用于制造按照權利要求1至21之一項所述的繩索的方法，其中分別用涂料(12)包覆至少兩個包含碳的絲線(10)，并且用具有至少一種彈性體和/或至少一種熱塑性彈性體的基體材料浸漬由涂料(1 包覆的各絲線(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種繩索，包括包含碳的絲線(10)，這些絲線分別由涂料(12)包覆，其中由涂料(12)包覆的各絲線(10)由基體(14)包圍，該基體(14)由包含至少一種彈性體和/或至少一種熱塑性彈性體的材料構成。該繩索特別是可以用于例如在起重機中牽引負載。
文檔編號D07B1/04GK102575420SQ201080047643
公開日2012年7月11日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權日2009年9月11日
發(fā)明者C·布魯赫, F·戈伊尼 申請人:Sgl碳股份公司