CN110799438B - 利用钢丝股加强的带 - Google Patents

Abstract

一种用作例如电梯带、扁平带、同步带或齿形带的带(100)包括由聚合物护套平行保持的钢丝股(104)。钢丝股的直径为“D”并且被隔开节距“p”。直径“D”与节距“p”的比率大于0.55。这样的带布置防止了在股与带轮之间切割聚合物护套(102)并且减少了使用期间的噪音的产生。带最好利用特别设计用于带的平行捻距股类型建造。在带使用期间，这些股未示出芯迁移。

Description

利用钢丝股加强的带

技术领域

本发明涉及利用钢丝股加强的带。特别地，这样的带是同步带或者用作电梯中的张紧构件的带。

背景技术

带是用于通过与从动或非从动滑轮相互作用来传送材料、传递动力或定位物品的人造制品。例如，电梯带用于在电梯中运送人员、V型带用于传递动力、同步带非常适合在机器中准确定位夹具并传递动力。带通常包括坚固的增强件，增强件可被或不被聚合物覆盖来保护增强件。通常，带将具有非圆形的截面，例如，V型带的梯形截面或扁平带的矩形截面。

带的增强件必须满足多个要求：

-增强件不仅必须坚固(即，能够承受较大的纵向力)，而且

-它也应具有较高的模量，以防止在张紧带时过度伸长。

-此外，增强件在滑轮上反复运行时，不应蠕变或伸长。

-增强件必须非常柔韧，即，具有低的弯曲刚度，以跟随滑轮的曲率。

-增强件应具有长且可预测的使用寿命，以确保所安装机器的长期发挥功能。

-增强件必须与聚合物护套结合，即，增强件必须粘附或锚固到聚合物护套。这特别重要，因为所有力都从滑轮借助护套传递到增强件。

护套的主要功能是保护增强件、以在滑轮和带之间传递力以及将增强件保持在一起。通常，护套的增强能力比增强件本身的增强能力弱。

带的增强件的历史与其他复合材料(例如，轮胎或软管)的增强件的历史相同。最初使用的是天然纤维(例如，棉或麻)，然后使用人造纤维或人变造纤维(例如，人造丝、尼龙、聚酯、聚丙烯和其他有机纤维)。也已经考虑高强度纤维，诸如超高分子量聚乙烯(

)或芳族聚酰胺(

)或基于聚对亚苯基-2，6-苯并二恶唑(PBO，

))的纤维，但是一直未供应市场，这是因为不耐疲劳、或蠕变太大或难以粘附到聚合物护套。提供了玻璃纤维和碳纤维增强带，但主要用于高端应用。因此仍然有很大一部分带利用钢帘线进行增强。

用于带增强的钢帘线几乎无一例外地是多股类型的。这样的帘线由“m”个单股钢单丝制成，钢单丝被捻合成股，然后将“n”股捻合成“n×m”帘线。流行的构造是3×3，即，将三个单丝捻合在一起成一股，然后将三个这样的股捻合为一个帘线。其他示例是7×7或7×3股。虽然这些构造主要用于同步带，但现在也广泛用于电梯的扁平带(EP2284111B1)。尽管这些类型的构造具有相当好的伸长性能(按照WO2005/043003的教导)、非常好的护套锚固、非常低的蠕变和极好的疲劳寿命，但是它们的模量有些低。

在使用的带中存在大量利用其他类型的帘线代替这些类型的多股帘线尝试：

-GB2252774，其中建议在同步带中使用由至少一层单丝包围的一个或多个单丝的中央芯的层状股；

-WO 2012/141710，其中描述了电梯带，其中增强帘线包括不具有“二阶”螺旋结构(即股)的多个钢单丝。

-EP 1555233 A1，其中第一实施例描述了具有沃灵顿类型的七个股的电梯带。

然而，当使这些“解决方案”面对现实时，这些“解决方案”失败了。主要的障碍是一个或多个中央芯单丝在拉伸和压缩的反复加载循环下从帘线中芯吸出(wick out)。在朝向该滑轮的运动中，驱动带的滑轮使带处于张紧状态。在返回时，由带驱动的滑轮可能会将带置于压缩状态。这些重复的拉伸-拉伸循环在股的芯上引起“蠕动”作用，最终导致移出芯。运动始终沿“前进”方向(即，带运动方向)。芯的芯吸可能导致芯穿透聚合物护套并与滑轮之一缠结，从而导致带完全塌陷。这是“芯迁移问题”。

当使用带时，可能发生的另一个问题是当带以中等速度运行时，例如在电梯带的情况下，会产生噪声。电梯中的行人认为这种噪声很烦人，因此人们试图避免这种噪声。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种不示出现有技术所存在问题的带。特别地提出了一种解决方案，也避免芯迁移问题。另外，寻求针对噪声问题的解决方案。本发明的进一步目的是提供一种带，该带具有高强度/宽度比，并且在增强件和聚合物护套之间示出良好的粘附性和/或锚固性。

根据本发明的第一方面，要求保护具有根据权利要求1的特征的带。

作为本发明的主题的带包括多个钢丝股和聚合物护套。对于任何带，可以容易地确定长度尺寸、宽度尺寸和厚度尺寸，因为长度尺寸最大，然后是宽度尺寸，并且厚度尺寸最小。在下文中每一个钢丝股具有被设计为“D”(以mm为单位)的钢丝股直径。每一个钢丝股还具有钢丝股中心，钢丝股中心是切向地外接于股的垂直横截面的圆的中心。钢丝股延长度尺寸取向，并且通过聚合物护套而保持相互平行的关系。所有钢丝股中心都对齐，并且在宽度尺寸上成一直线，即，中心在由局部宽度和长度尺寸所跨越的表面中。相邻的钢丝股中心被隔开节距(以下简称为“p”，以mm为单位)。

出于本申请的目的，节距“p”是沿着两个外部股中心之间的宽度尺寸的距离除以股数减一。尽管是优选的，但是它并不是本发明的前提条件，即，相邻钢丝股中心之间的距离相等。换句话说：节距对应于带的垂直横截面中的钢丝股之间的中心距的平均距离。在优选的实施例中，相邻的钢丝股中心之间的距离相等。

带的特征在于，钢丝股直径与节距的比率——即D/p大于0.55。该比率表示在钢丝股的中心水平处实际上由钢所占据的带的宽度是多少。

在特定且优选的实施例中，带可以是：

-电梯提升带。这样的带可以具有矩形的横截面，即与带轮接触的侧面是平坦的，即电梯提升带是“平坦的带”。

-备选地，可以在电梯带的一侧或两侧沿带的长度方向设置凹槽：“凹槽带”。凹槽与由带接触的带轮中的圆周凹槽啮合。

-备选地，带可以是同步带的形式，即提供有基本上垂直于带长度的齿的带。齿与接触带的带齿带轮啮合。这也称为齿形带。

在本说明书中，每当提及“带”时，所提及的任何带都可以以下文所述的方式提供有增强件。因此，本文中的“带”一词可以用更具体的措辞“电梯带”、“同步带”、“扁平带”或“凹槽带”代替。然而，所描述的带最适合于电梯带。

为了该申请的目的，带的厚度是最小卡尺尺寸。在垂直于电梯带的长度尺寸的平面中，沿某个方向测量的“卡尺尺寸”是指与带接触的游标卡尺的两个平行砧座之间的距离。通过确定任何方向的卡尺尺寸，可以确定最小卡尺尺寸。然后，宽度是与厚度测量方向正交的测量的卡尺尺寸。通常，宽度与厚度的比率将大于3但小于25，例如，在4到20之间，优选在6到12之间。

“多个”钢丝股是指可以从2到30(例如从4到25)、或在4到16(例如12)之间变化的数目。数目的选择取决于带的总需要的强度，而带的总需要的强度则取决于带的使用。例如，对于电梯带，钢丝股的数目将取决于电梯的标称承载能力、上紧比(reeving ratio)、电梯带的数目和安全系数。对于同步带，钢丝股的数目将取决于要传递的动力。

“钢丝股”包括捻合在一起的钢单丝。“钢丝股”可能包含可以是直的芯(“零阶螺旋变形”)和围绕芯的呈螺旋状(“一阶螺旋变形”)形成的钢单丝。这与多股帘线相反，在多股帘线中还存在钢单丝，钢单丝示出螺旋，其中螺旋的轴线也具有螺旋形状的螺旋(“二阶螺旋变形”)。7×7构造的外部股的外部单丝显示出这样的“二阶螺旋变形”。因此，“钢丝股”可以方便地定义为具有零阶和/或一阶螺旋变形的单丝且不具有更高阶螺旋变形的单丝的帘线。

取决于带的用途，钢丝股的直径D可以在0.5mm与6mm之间变化。常见尺寸在1.2mm与2mm之间。优选地，带中的所有钢丝股具有相同的直径。为了保持带的柔韧性，所用的钢单丝的直径应该在0.02mm至0.40mm之间，更优选在0.04至0.25mm或在0.10至0.20mm之间。优选地，这些单丝具有圆形的横截面，因为这些类型的单丝可以以高拉伸强度制成。存在于特定直径“D”的钢丝股中的单丝越多，钢丝股变得越柔韧，因为单丝的直径当然必须同时减小。通常在钢丝股中具有15到60个单丝，或更优选的19到57个单丝，例如21到39个单丝。

“钢”意味着任何类型的钢。优选地使用普通碳素钢。这种钢通常包含的最低碳含量为0.40wt％C或至少0.70wt％C，但是最优选地为至少0.80wt％C，最大为1.1wt％C，锰含量为0.10至0.90wt％Mn，硫和磷的含量各自优选保持在0.03wt％之下；还可以添加其它微合金元素，诸如铬(高达0.2至0.4wt％)、硼、钴、镍、钒(非穷举的枚举)。可以以超过2000MPa，优选地高于2700MPa的强度来生产这样的碳钢单丝，而现在超过3000MPa的强度正在流行，并且对于超过3500MPa的强度正在取得进展。还优选的是不锈钢。不锈钢包含最少12wt％的铬和大量的镍。更优选的是奥氏体不锈钢，其更适合于冷成型。最优选的成分在本领域中已知为AISI(美国钢铁协会)302、AISI 301、AISI 304和AISI 316或根据EN 1.4462已知的双相不锈钢。

聚合物护套包裹、包围并且保持钢丝股在适当的位置。实际可用的聚合物是热硬化聚合物，例如橡胶和热塑性聚合物，后者是优选的，因为它们易于加工并且容易改变聚合物的机械性能。最优选的热塑性材料是热塑性聚氨酯(TPU)和热塑性聚烯烃(TPO)。

衍生自聚醚多元醇的TPU具有良好的抗水解性，但机械性能较低。衍生自聚酯多元醇的TPU具有更好的机械性能，但抗水解性较差。衍生自聚碳酸酯的TPU的抗水解性和机械性能介于其它两种类型之间。最优选的是基于聚醚多元醇的TPU和基于碳酸酯多元醇的TPU。

现在回到主要权利要求的特征部分：比率D/p等于或小于0.55时，将导致钢丝股将切穿聚合物护套。实际上，与众所周知的多股钢帘线相比，钢丝股结合较小的直径而具有较高的轴向刚度。现在，当带在带轮之上运行时，由于钢丝股的伸长较少并且直径较小，因此聚合物上的钢丝股下的局部压力将高于多股绳的情况。因此，存在钢丝股切穿聚合物护套的风险。

而且，当钢丝股之间的节距大时，即，对于D/p比率低于0.55，发明人怀疑在钢丝股与带轮之间的聚合物之间存在滞留空气的风险。这可能是不想要的噪声的来源。

因此，比率D/p优选大于0.55，或大于0.60，或大于0.625，最大为大于0.70。

比率D/p优选地小于0.90，例如小于0.80，诸如小于0.70，例如小于0.625。当比率D/p高于0.90时，聚合物护套在由平行钢丝股形成的平面的一侧处的部分可与聚合物护套在另一侧处的部分分开。这样做的原因是，将聚合物护套的一侧部分连接到另一侧部分的每单位长度和每节距(等于1-(D/p))的聚合物面积变得太小，并且由于反复弯曲，聚合物会在那些区域被撕裂。结论是：优选地，比率D/p在0.55到0.625之间，例如为0.60。

为了减轻这种使聚合物护套的一侧部分与另一侧部分分开的风险，优选在钢丝股上提供有机底漆以促进钢丝股与聚合物护套的聚合物之间的粘附。由于现在两侧部分也粘附到钢丝股上，因此在一侧部分与另一侧部分之间建立了附加的桥。因此，其中钢丝股粘附到聚合物上的带具有增加的疲劳寿命。

要注意的是，钢丝股整体上可以被涂覆有有机涂层或底漆就足够，即，不需要单个的钢单丝被涂覆有有机涂层或底漆。换句话说：仅钢丝股的外部表面必须提供有粘合剂，例如在申请EP2366047中所说明的。

选择底漆来改进与聚合物的粘附，其中打算使用增强股。典型的有机底漆是酚醛树脂、环氧树脂、氰基丙烯酸酯或丙烯酸基(例如，以

商标名出售的底漆)。

然而，这些涂层相对较厚(超过一微米)并且可能需要相当长的处理时间。因此，优选选自以下组中的纳米级有机涂层，该组包括或由有机官能硅烷、有机官能锆酸酯和有机官能钛酸酯。优选但非排他地，有机官能硅烷底漆选自下式的化合物：

Y-(CH₂)_n-SiX₃

其中：

Y表示选自-NH₂、CH₂＝CH-、CH₂＝C(CH₃)COO-、2、3-环氧丙氧基、HS-和Cl-的有机官能团；

X表示选自-OR、-OC(＝O)R’、-Cl的硅官能团，其中R和R′独立地选自C1-C4烷基(优选-CH₃和-C₂H₅)；以及

n是0至10之间的整数(优选0至10，最优选0至3)。

上述有机官能硅烷是可商购的产品。这些底漆特别适于利用聚氨酯获得粘附。有机涂层的厚度小于1微米(优选小于500纳米，例如5至200nm)。该尺寸的薄涂层是优选的，因为它们以保形的方式跟随增强股的外表面并且由于其薄度而不会阻碍聚合物填充在外层单丝之间的谷中。

在根据本发明的具有钢丝股的带中有机底漆更优选的原因是，与现有技术的钢帘线增强件(例如7×7钢丝股)相比，其表面更光滑，因此聚合物在钢丝股中的机械锚固要低得多，必须通过化学粘附来补偿。

粘附力的测量如下：

-钢丝股在带的一端脱离聚合物；

-在该侧的带内，将一个股距聚合物端切开“L”mm(不使用极端的加强股而进行粘附力测试)；

-确定将一个股轴向地从带中拉出所需的最大牛顿力；

-该最大力除以嵌入长度“L”，以获取每单位长度的粘附力；

-嵌入长度“L”是12.5mm的倍数，因此，从带中拉出帘线时，帘线不会断裂。

根据发明人的经验，每单位长度的粘附力(以N/mm为单位)必须是钢丝股的直径(以mm为单位)的至少20倍。更优选的是大于钢丝股的直径(以mm为单位)的30倍。

在特别优选的实施例中，带的钢丝股包括具有芯直径的芯和围绕芯以下列方式组织的钢单丝：

-包括N个第一钢单丝或由其组成的中间层，N个第一钢单丝周向地围绕芯布置。这N个第一钢单丝都具有第一直径。芯直径和第一单丝直径使得在中间层中的第一单丝之间形成间隙。相邻单丝的表面之间的最接近点(即，在垂直于单丝表面的方向上)之间应留有间隙。

-外层，包括N的2倍(即2N)个钢单丝或由其组成，2N个钢单丝同样周向地围绕中间层布置。

中间层和外层的所有钢单丝均以相同的最终捻距长度(以下简称为“FL”)和方向围绕芯捻合。“最终捻距长度和方向”是指股静止时(即，没有外部力矩或力作用在其上时)的捻距长度和方向，例如在约一米长的一短段股上观察到的捻距长度。

因此，钢丝股是平行捻距股(也称为“等捻距股”)，即包括至少两层单丝的股，所有这些单丝在一次操作中以相同的捻距长度沿相同的方向铺设。所有单丝均具有一阶螺旋变形。芯可以具有零阶螺旋变形或包括零阶或一阶螺旋变形的单丝。

钢丝股特别地在于，将钢单丝铺设在一起的最终捻距长度大于闭合捻距长度的两倍且小于其六倍。闭合捻距长度(简称为CL)是中间层的相邻单丝之间的间隙被闭合处(即，单丝彼此接触)的极限捻距长度。因此，关于钢丝股的特征，最终捻距长度FL在2×CL和6×CL之间(包括边界)。与闭合捻距长度CL相比，最终捻距长度FL的其他范围是：

3×CL≤FL≤6×CL或

3×CL≤FL≤5×CL或

4×CL≤FL≤6×CL或

4×CL≤FL≤5×CL。

实际上，当缩短钢丝股的捻距长度时，中间层的单丝将趋于靠近在一起，直到它们在闭合捻距长度处彼此接触。限制在于，当施加甚至更短的捻距长度时，中间层单丝将彼此碰撞并径向膨胀，使得芯不再与中间层单丝接触。

闭合捻距长度由芯直径“d₀”、中间层单丝的第一直径“d₁”和中间层中单丝的数目“N”确定。对于本申请中的所有实际目的，它等于：

为了完整起见，可以定义具有第一半径的第一外接圆，第一半径与所有第一钢单丝相切。该第一外接圆的半径为(d₀/2)+d₁。

优选地，对于根据本发明的钢丝股，最终捻距长度为钢丝股的直径D的约8至15倍，或更优选地为加强股的直径D的9至12倍。

选择该最终捻距长度的优点在于，当加强股受到压缩时，单丝仍具有在中间层内弯曲的空间。如果捻距长度短于2×CL，则第一钢单丝之间没有足够的间隙，并且在受到压缩时被从中间层推出。结果，它们在反复的拉伸-拉伸作用下从钢丝股芯吸出并且最终芯吸出带。

当最终捻距长度FL大于闭合捻距长度的6倍时，钢丝股失去一致性，并且股在使用过程中可能发生椭圆化。椭圆化是这样的现象：当在滑轮上遭受反复弯曲时，股在带中呈现椭圆形而不是圆形截面。此外，在使用过程中，钢丝股易于在层之间移动单丝。结果，中间层的单丝可能会与外层的单丝切换位置(这被称为“倒置”)。单丝的倒置可以导致局部疲劳敏感点。

另一优点是，当最终捻距长度按规定被选择时，中间层中的单丝可以在加强股静止时处于张紧状态。因此，如果发生第一单丝断裂(例如，由于带中的反复弯曲)，则第一单丝断裂端将彼此远离，并且断裂端被固定在芯和外层单丝之间。因此，它们不会从钢丝股中出来而留在股中。结果，它们将不会从带中芯吸出。

根据另一优选实施例，外层单丝的直径使得当帘线处于最终捻距长度时，在那些单丝之间不形成间隙。“无间隙”是指间隙小于或等于加强股的直径的1％或更好地甚至小于0.5％。

最好在外层中不存在间隙，因为这样可以防止中间层和外层之间的单丝倒置。

根据上述详细所述的具有钢丝股的带的另一实施例，钢丝股的外层包括：

-第二直径“d₂”的N个第二钢单丝。由于第二钢单丝周向地围绕中间层被组织、具有相同的捻距方向、相同的最终捻距长度并且与中间层钢单丝的数目相同，因此它们将嵌套在由第一钢单丝形成的谷中。可以限定具有第二半径的第二外接圆，第二半径与所有N个第二钢单丝相切。

-第三直径“d₃”的N个第三钢单丝，第三直径“d₃”小于第二直径“d₂”。这些单丝嵌套在第二钢单丝之间并且与具有第三半径的第三外接圆相切；

在本实施例的第一版本中，接触第二钢单丝的第二半径等于接触第三钢单丝的第三半径。“等于”表示第二半径和第三半径的绝对差除以第二半径和第三半径的最大值等于或小于2％。

在本实施例的一个更优选版本中，接触第二钢单丝的第二半径不同于接触第三钢单丝的第三半径。“不同”是指第二半径和第三半径的绝对差除以第二半径和第三半径的最大值大于2％，优选大于4％。

根据另一优选实施例，第二半径大于第三半径。即：第二直径如此大，使得第二单丝从第三外接圆突出。第二半径与第三半径之差应为第二半径的至少2％。如果差大于3％或甚至大于5％，则甚至是更优选的。较大的差导致加强股的表面较不光滑，从而使得加强股能够更好地锚固在聚合物中。而且，减小了中间层的单丝将与外层的单丝倒置的可能性。因为在加工过程中滚动较少，不太圆的钢丝股也更易于加工。

乍看之下，钢丝股可以被分类为沃灵顿类型的构造。但是，它在一些重要方面偏离了沃灵顿：

-中间层在最终捻距长度处显示间隙；

-外层单丝中的2N个单丝与两个不同的圆相切，而不是像沃灵顿构造那样与一个圆相切。

有利地，根据本发明的加强股与沃灵顿构造的股具有相同的优点：

-单丝之间的接触是线接触，不是点接触。这对疲劳寿命和钢丝股的成缆系数有积极影响。成缆系数是在钢丝股上获得的断裂载荷与在将单丝捻合在一起之前、单丝的断裂载荷总和之比。所有这些导致带具有良好的使用寿命。

-钢丝股截面的大部分被金属占据。与最大外接圆的面积相比，钢丝股的金属部分(也称为“填充因子”)至少为70％或更高。这比沃灵顿股略低一些(沃林顿股很容易获得80％的填充因子)，但仍足以满足要求。较大的填充因子在有限的外接区域内允许高的断裂载荷。此外，它对钢丝股的轴向刚度具有积极影响，特别是在钢丝股的工作区域中，其通常在增强件的最小断裂载荷的2％到10％之间。

-钢丝股具有比多股帘线更高的模量。通常，对于多股帘线，模量低于175000N/mm²，而对于钢丝股，则高于该数字(例如，高于175000N/mm²，甚至高于180000N/mm²)。模量应在载荷-伸长率曲线的线性区域中确定(即，载荷高于最小断裂载荷的10％)。

根据带的另一优选实施例，钢丝股的中间层中的单丝的数目N等于5、6、7、8或9。更多数目(例如，8或9)的单丝N具有以下缺点：芯必须比其他单丝大得多，就疲劳或迁移而言，这不是优选的情况。芯直径与第三直径的比率变为2.26(N＝8)至2.9(N＝9)。另一方面，对于小数目的单丝(例如，5)，芯变小并且芯直径与第三直径的比率变为1.75，这被认为更好。单丝之间直径的较小偏差比大偏差更好，因为它改进了单丝之间的强度分布。最优选的是N＝6(比率1.3)和N＝7(比率1.71)。

结合到带中的钢丝股的芯是钢丝股的重要部分，因为在使用带期间该部分往往会芯吸出去。以下将描述不同的可能芯结构：

在带的进一步优选的实施例中，钢丝股的芯是单个钢单丝。例如，芯可以是由高强度钢制成的圆形直单丝。这不是最优选的。

在备选的实施例中，带中的钢丝股的芯是单个钢单丝，单个钢单丝包括弯曲部，弯曲部在其间具有直区段。这意味着芯的钢单丝不是直的并且其中具有微小的弯曲。芯的直径“d₀”现在是与芯外接并与弯曲部接触的圆柱体的直径。

具有作为包括弯曲部的单个钢单丝的芯的优点在于，这些弯曲部为芯提供了用于优选屈曲的位置，弯曲部在其间具有直区段。如果(在带的使用期间)钢丝股的芯被压缩，则弯曲部会首先屈服，并使芯丝以可控的方式减小其轴向长度。如果弯曲部不存在，则直钢丝会在更长的距离上积累压缩力，以至于甚至可能会将芯钢单丝推出钢丝股之外并且从带中推出。

获取抗压芯的备选的方法是干脆避免零阶螺旋变形的单丝，即直单丝。

避免芯中存在单个直单丝的一种方法是将芯提供为包括两个或三个或四个芯钢单丝的股。最优选的是两个或三个，例如三个芯钢单丝。这些芯钢单丝被以与钢丝股的最终捻距长度FL不同的芯捻距长度捻合在一起。优选地，芯捻距长度比FL更短，例如，是FL的一半。芯捻距方向可以与加强股的捻距方向相反，但是更优选相同的捻距方向。由于二个、三个或四个芯钢单丝的捻合，因为丝有螺旋变形，它们可以更好地承受压缩。

还优选的是芯具有相等捻距结构，其没有零阶螺旋变形单丝，即整个芯没有直单丝。在更优选的实施例中，芯是12丝的半沃灵顿股，包括存在3个缠绕在一起的单丝的芯-芯。“芯-芯”是“芯股的芯”。在由单丝形成的凹槽中，嵌套了3个较大的外部单丝。在3个较大的外部单丝的每一对之间放置一对较小的单丝。在US 4829760中给出了一个示例，在此通过引用将其整体并入。另一个同样地优选地实施例是9丝半沃灵顿结构，包括3个细丝的芯-芯和交替的中等尺寸和大尺寸的六个丝的护套。在US 3358435中描述了这种帘线。

备选地，在进一步优选的实施例中，芯可以是包括芯-芯和5、6或7芯的外部单丝的股。芯外部钢单丝围绕芯-芯缠绕，芯捻距长度不同于加强股的最终捻距长度。优选地，芯捻距长度小于加强股的最终捻距长度FL。芯捻距方向可以与加强股的捻距方向相反，但是优选相同的捻距方向。在备选的实施例中，芯-芯可以是直的单个钢丝或者可以是具有弯曲部的单个钢丝，弯曲在其间具有直区段。因为芯-芯是非常细的直径和/或具有弯曲部，因此芯-芯可以更好地承受压缩。备选地，芯-芯也可以是股(例如3×1股)，股被围绕芯-芯捻合的5、6或7个芯外部钢单丝包围。

在备选的实施例中，可以考虑将沃灵顿结构用于芯，诸如如本领域中已知的16沃灵顿类型(1+5+5|5)、19沃灵顿类型(1+6+6|6)甚至22沃灵顿类型(1+7+7|7)。甚至更优选的是，芯以与前述相同的方式偏离沃灵顿类型的结构，这是因为存在第二闭合捻距长度，第二闭合捻距长度是芯的中间捻距长度的第二最终捻距长度的两倍到六倍之间。

在又一个实施例中，芯本身可以是诸如1+6+12或3+9+15的分层帘线，其中每一个连续的单丝的层围绕芯或中间形成的股捻合，中间形成的股具有不同的捻距长度但是优选地具有与加强股相同的捻距方向。

在所有优选地实施例中，钢单丝都提供有金属涂层或金属涂层合金。此类合金可被用于赋予钢以防腐蚀保护或者使单丝粘附到聚合物，或将两者结合使用：防腐蚀和粘附。耐腐蚀涂层是例如锌或锌铝合金。最优选的是如EP 1280958中所述的低锌热浸涂层。这种锌涂层具有小于2微米的厚度，优选地小于1微米，例如0.5μm。在锌涂层与钢之间存在合金层锌铁。

当钢丝股用于加强橡胶带时，优选的使金属具有粘附力的涂层是例如黄铜涂层(铜锌合金)。所谓的“三元黄铜”，可以使用诸如铜-锌-镍(例如以重量计64％/35.5wt.％/0.5wt.％)和铜-锌-钴(例如64wt.％/35.7wt.％/0.3wt.％)，或无铜粘附系统(诸如锌镍或锌钴)。

所描述的带允许比现有技术的带每单位宽度更高的强度。这是由于以下原因：

(a)由于与具有相同断裂载荷的现有技术的多股帘线相比，股的直径较小，因此在相同强度下，电梯带的总宽度和厚度可以减小；

(b)由于加强股具有较高的成缆系数，因此与多股帘线(例如，7×7帘线)相比，在相同的金属面积下可以获取更高的断裂载荷；

(c)由于加强股的单丝之间是线接触，因此与多股帘线相比，可以使用较高抗拉强度的单丝(大于3500N/mm²)，并且单丝的断裂载荷的总和的损失较小；

(d)加强股的模量高于现有技术的多股帘线的模量。

(e)由于D/p比率大于0.55，因此在相同宽度内可以容纳更多的钢丝股。结果，与具有多股钢帘线和/或相同宽度的具有较低的D/p比率的现有技术带相比，该带不仅在其工作区域内更坚固而且具有更高的轴向刚度。

结论：当与利用多股钢帘线加强的现有技术的带相比时，利用具有相同总金属横截面面积(即，在带中具有相同的钢量)的钢丝股加强的本发明的带将示出：

-针对至少相同强度，宽度更小(由于(a))；

-针对相同重量的加强件，断裂载荷更高(由于(b)和(c))；

-针对相同重量，轴向刚度更高(由于(d))。

例如，在电梯带的情况下，(e)项将导致在踏入电梯时，电梯将降低得更低。与踏入电梯轿厢更“有弹性”的现有技术的电梯相比，当踏入轿厢时，电梯感觉也更“坚固”。

附图说明

图1示出了具有钢丝股的本发明的电梯带的横截面。

图2示出了在最终捻距长度处的3+6+6|6类型的优选的钢丝股的横截面，该类型的钢丝股特别优选的用于加强本发明的带；

图3示出了在最终捻距长度处的3+7+7|7类型的钢丝股的备选的实施例的横截面，该类型的钢丝股特别优选的用于加强本发明的带；

图4示出了(1+6)+7+7|7类型的钢丝股的另一个备选的实施例的横截面，该类型的钢丝股特别优选的用于加强本发明的带。

图5示出了钢丝股的一个实施例的横截面，其中，芯是相等捻距结构。

在附图中，各个实施例中的相似元件带有相同的单位和十位数。百位数指的是附图的数字。

具体实施方式

当将本发明付诸实践时，必须考虑以下限制：

-带中的钢丝股的布置应在带的垂直横截面上被确定，垂直是指垂直于带的长度尺寸；

-单丝的布置在带的横截面上被确定。

-包含钢单丝的钢帘线的“构造”仅由单丝直径、捻距长度和单丝在截面上的布置方式确定；

-钢单丝的直径可以测量至高达微米(μm)。圆形单丝的直径是最大和最小卡尺直径的平均值。最大和最小卡尺直径之间的差异小于7μm的单丝被视为“圆形”；

-相对于标称直径，钢单丝的直径公差为-4至+4微米(μm)。因此，直径差显示为小于8μm(不包括8μm)的两个单丝将被视为具有相同的直径；

-捻距长度的公差在标称值的-5％到+5％之间。捻距长度根据由BISFA(国际人造纤维标准化局)发布的“国际公认的钢帘线测试方法(Internationally agreed methodsfor testing steel tyre cord)”、第E4章“捻距长度和方向的确定(Determination ofLength and Direction of Lay)”确定。

-基于测量的芯的直径以及中间层单丝的直径和数目，根据公式{1}计算闭合捻距长度。

图1示出了示出带的主要特征的本发明带100的垂直横截面。厚度“t”是带的最小尺寸。垂直于厚度“t”和长度尺寸的是带的宽度“W”。多个钢丝股104(在本例中为10个)被嵌入聚合物护套102中。钢丝股具有指示为“D”的直径并且钢丝股的中心被隔开节距“p”。镜头106示出了钢丝股dW21(如图2中进一步解释的)。

这种带是通过本领域已知的技术制成的，诸如通过单个挤出头挤出的平行布置的钢丝股，或者通过将平行的未缠绕钢丝股层压在两片之间，前一种方法比后一种方法更优选。

图2示出了特别适合用于本发明带的钢丝股200(“dW21”)。它具有芯203，芯203包括直径尺寸为120μm的三个单丝202，它们在Z方向上以3.8mm的捻距捻合在一起。芯203因此具有259μm的直径“d₀”。中间层钢单丝204具有210μm的第一直径。数目N已经被设置为6。中间层被由12个钢单丝组成的外层包围：6个第二钢单丝206和6个第三钢单丝208。第二直径为223μm。第三直径为170μm。第一半径205为130μm。第二半径212为500μm，第三半径210为510μm。第一、第二和第三半径可以通过简单的三角函数从测得的单丝尺寸和/或从横截面计算得出。在最终捻距长度处的外层的单丝之间的间隙为11μm。股的直径为1.02mm。

从公式{1}得出，闭合捻距长度CL为2.56mm。在该捻距长度处，中间单丝之间的间隙被封闭。在最终产品中，芯、中间层单丝和外层单丝捻合在一起的最终捻距长度为10mm。因此，最终捻距长度在2×CL(即，5.12mm)到6×CL(即，15.36mm)之间。

事实证明，该加强股是对众所周知的用于加强同步带的多股帘线7×3×0.15的重大改进。后者由在S(备选地Z)方向上以8mm的捻距捻合在一起的7股组成，其中每一股由在Z(备选地S)方向上以9mm的捻距捻合在一起的三个单丝组成。注意，dW21和7×3×0.15的单丝的数目相同。

表1示出了两者主要参数的比较：

表1

“MBL”是指“最小断裂载荷”。这是根据6-sigma统计变化可以预期的最低断裂载荷。出于本应用的目的，它被设置为比实际断裂载荷低7％。

其中“在MBL的2％到10％之间的轴向刚度”(EA)是指MBL的2％到10％之间的载荷差ΔF(以N为单位)除以Δε得出的这些点之间的伸长差(以％为单位)。这是加强股的工作区域中伸长的重要计量。式中：ΔF＝(EA)Δε。

“线性区域中的模量”是在载荷伸长曲线的线性区域(例如在MBL的10％的之上区域)中得出的。

当在带(诸如电梯带或同步带)中使用时，根据本发明的加强股示出了以下有利特征：

-每直径的强度要高得多，这意味着对于在带中相同节距的加强帘线，可以获取更高的强度！实际上，dW21的强度几乎是7×3×0.15的两倍。这是由于加强股中的线接触而不是多股帘线中的点接触。这也为使用更高抗拉强度的单丝提供了可能性。

-与多股帘线相比，在带的工作区域中，加强股中的轴向刚度更大。这是一项重要的改进，因为对于相同数目的帘线，带的伸长会降低。

令发明人惊讶的是，加强股在带中的扩展测试中未示出任何芯迁移。确实，先前对带中包括真正的沃灵顿股的带的试验不可避免地示出芯的迁移。

发明人将此归因于两个主要特征：

-3×1股中存在的芯的使用。单丝的螺旋形状比单个直单丝承受更大的压缩。

-在中间层中存在的间隙允许存在于其中的钢单丝处于稍微不同的位置，从而吸收压缩而不会芯吸。

在表2中可以发现具有宽度“W”为25mm、厚度“t”为5mm的带的本发明的帘线和现有技术的帘线的具体比较：

加强件	dW21(本发明)	7×3×0.15(现有技术)
			带宽度(mm)	25	25
帘线数目(数目)	16	16
			节距‘p’(mm)	1.56	1.56
帘线直径‘D’(mm)	1.02	0.91
			D/p(比率)	0.65	0.58
带断裂载荷(N)	28 000	15 200
			单位面积钢质量(kg/m2)	2.97	1.86

表2

通过使用本发明的股，带的断裂载荷增加84％，而单位面积钢质量仅增加了60％。由于使用本发明的股结合增加的钢质量，带在工作区域中的轴向刚度也增加了。

尽管由于不同的第二和第三半径，加强股dW21的确具有一些表面粗糙度，但是该表面粗糙度远小于例如7×7类型的帘线的表面粗糙度。尽管对于7×7的帘线绝对不是必须使用粘合剂，但是事实证明使用有机底漆来促进根据本发明的加强股与聚合物护套之间的粘附确实是有益的。对于所述情况，使用有机官能硅烷。从带中拉出12.5mm的长度的钢丝股dW21需要650N。因此，每单位长度的粘附力为52N/mm，大于加强股的直径的30倍，即每毫米嵌入股为39N。

图3示出了N等于7的钢丝股300的另一个实现“dW24”。它由以下公式描述(括号中表示不同的捻制步骤、数字表示以毫米为单位的单丝的直径；下标表示以毫米为单位的捻距长度和捻距方向)：

[(3×0.18)_5.6s+7×0.26+7×0.285|0.18]_15s

芯303是三个0.18单丝302在“s”方向上以5.6mm捻距捻合在一起的3×1的股。在芯303周围存在具有第一直径为0.260mm的7个钢单丝304的中间层。在外层中，0.285mm单丝306与0.18mm单丝308交替出现。镜像同样可能(所有捻距方向相反)。

重要的几何特征在下面的表3中列出：

芯303直径“d<sub>0</sub>”(μm)	388
		第一直径“d<sub>1</sub>”304(μm)	260
N	7
		闭合捻距长度CL(mm)	4.46
2×CL	8.92
		4×CL	17.84
最终捻距长度FL(mm)	15
		第一半径305(μm)	454
第二半径312(μm)	634
		第三半径310(μm)	656
第二与第三半径相对差(％)	3.3
		外层的单丝之间的间隙(μm)	1

表3

将该加强股的机械性能与非常普遍用于加强电梯带的直径为1.6mm的7×7结构的机械性能(参见US 6739433)进行比较：表4。

表4

尽管7×7/1.6具有更大的直径，但是在工作区域中的轴向刚度(MBL的2％到10％)低于本发明的加强股的轴向刚度。帘线在测试中，没有显示帘线迁移。

图4、表5示出了另一种钢丝股dW34，钢丝股dW34可以被用在以下制造的本发明的带中：

[(0.24+6×0.23)_7.2z+9×0.33+9×0.30|0.21]_16.8z

公式的读取方式应与前面的示例相同。镜像(全部在“s”方向上)将具有等同的属性。

芯403直径“d<sub>0</sub>”(μm)	700
		第一直径404“d<sub>1</sub>”(μm)	330
N	9
		闭合捻距长度CL(mm)	8.14
2×CL	16.3
		4×CL	32.6
最终捻距长度FL(mm)	16.8
		第一半径405(μm)	680
第二半径(μm)412	901
		第三半径(μm)410	890
第二与第三半径相对差(％)	1.2
		外层的单丝之间的间隙(μm)	4

表5

表6中示出了机械数据与相等直径1.8mm的7×7的比较：

表6

对于1.80mm的相同的直径，获取更高的断裂载荷。而且，在MBL的2％到10％之间的工作区域中的轴向刚度更高。这导致在使用加强件的区域中(即，在带的工作区域中)，在轴向上具有较硬的性能。

表7示出了与常用的7×7/1.8现有技术(“pa”)多股帘线相比，利用dW34股加强的两个电梯带(dW34(1)和dW34(2))的比较。

加强件	dW34(1)	dW34(2)	7×7/1.8(pa)
				带宽度(毫米)	30	30	30
帘线数目(数目)	10	12	10
				节距‘p’(毫米)	3.0	2.5	3.0
帘线直径“D”(毫米)	1.8	1.8	1.8
				D/p(比率)	0.60	0.72	0.60
带断裂载荷(牛顿)	59 000	70 800	39 650
				单位面积钢质量(kg/m2)	5.26	6.31	4.03

表7

本发明的带dW34(1)的第一形式在几何上与现有技术带7×7/1.8(pa)相同。dW34加强股的使用直接导致带断裂载荷增加49％，而带中的区域钢质量仅增加30％。增加的钢质量有助于提高工作区域中的轴向刚度。

当减小股之间的节距时(通过从10股到12股)，D/p比率增加到大于0.72：参见dW34(2)列。带的断裂载荷比现有技术的断裂载荷高79％，而钢的质量仅增加57％。

为了利用现有技术7×7/1.8结构达到相同的带断裂载荷70.8kN，将需要1.08的不可能的D/p比率，即帘线将彼此相交。

当使用有机粘合剂作为所述有机官能硅烷时，可以达到120N/mm的粘附值，粘附值远高于36N/mm的20×D，并且还高于30×D(即，54N/mm)。

在实施例的备选实施例中，dW34实施例(1+6)芯被以下类型的相等捻距结构代替：

[(3×0.18+3×0.15|0.22|0.15)_7.2z+9×0.33+9×0.30|0.21]_16.8z

具有这种芯的加强股的横截面在图5中示出。外层的单丝如图4中所示。仅芯是不同的。芯-芯由直径为0.18的三个单丝501形成。符号3×0.15|0.22|015表示芯的外层由三组构成，每组三个单丝：一个较大尺寸的中间单丝(0.22mm，表示为502)、两个直径较小的相邻的单丝(0.15mm，表示为511)。这导致直径为0.70mm的相当圆的芯503。

在所有上述示例中，以每公斤股5克的涂层重量对丝进行热浸镀锌。

同步带以与带100几乎相同的方式建立，除了带的一侧具有用于与带齿带轮啮合的齿。

Claims (17)

1.一种带，包括多个钢丝股和聚合物护套，所述带具有长度尺寸、宽度尺寸和厚度尺寸，所述钢丝股具有钢丝股直径和钢丝股中心，所述钢丝股沿着所述长度尺寸取向并且通过所述聚合物护套保持平行关系，其中所述钢丝股中心在所述宽度尺寸上对齐并且其中相邻钢丝股中心被隔开节距，

其中所述钢丝股直径与所述节距的比率大于0.55，其中所述钢丝股包括具有芯直径的芯和钢单丝，

所述钢单丝被组织为-中间层，包括周向地围绕所述芯布置的N个第一钢单丝，所述第一钢单丝具有第一直径，所述芯直径和所述第一直径使得在所述第一钢单丝之间形成间隙，以及

-外层，包括周向地围绕所述中间层布置的2N个钢单丝，

所述中间层和所述外层的所述钢单丝利用相同最终捻距长度和方向围绕所述芯捻合，

其特征在于，所述最终捻距长度大于闭合捻距长度的两倍并且小于所述闭合捻距长度的六倍，所述闭合捻距长度是所述中间层的所述第一钢单丝之间的间隙被闭合处的捻距长度。

2.根据权利要求1所述的带，其中在所述钢丝股的最终捻距长度处，所述外层的所述钢单丝之间没有间隙。

3.根据权利要求1所述的带，其中所述钢丝股的数目N等于5、6、7、8或9。

4.根据权利要求1所述的带，其中所述钢丝股被提供有有机底漆，所述有机底漆促进所述钢丝股与所述聚合物护套的聚合物之间的粘附。

5.根据权利要求4所述的带，其中所述钢丝股仅在所述钢丝股的外表面处被提供有所述有机底漆。

6.根据权利要求4所述的带，其中所述有机底漆是选自以下组中的一种，所述组包括有机官能硅烷、有机官能锆酸酯或者有机官能钛酸酯。

7.根据权利要求6所述的带，其中所述有机底漆的厚度小于1微米。

8.根据权利要求4所述的带，其中所述钢丝股以每单位长度的粘附轴向力粘附到所述聚合物护套，所述粘附轴向力的单位是牛顿每毫米，所述粘附轴向力是以毫米为单位的所述钢丝股直径的至少20倍。

9.根据权利要求1所述的带，其中所述钢丝股的所述外层包括：

-第二直径的N个第二钢单丝，所述N个第二钢单丝与具有第二半径的第二外接圆相切，并且

-第三直径的N个第三钢单丝，所述N个第三钢单丝与具有第三半径的第三外接圆相切，

所述第二直径大于所述第三直径，所述第二钢单丝和所述第三钢单丝在所述外层中占据交替的位置，并且其中所述第二半径与所述第三半径不同。

10.根据权利要求9所述的带，其中所述钢丝股的所述第二半径大于所述第三半径。

11.根据权利要求9所述的带，其中所述钢丝股的模量高于175000N/mm²。

12.根据权利要求1所述的带，其中所述钢丝股的所述芯是包括弯曲部的单个钢单丝，所述弯曲部在其间具有直区段。

13.根据权利要求1所述的带，其中所述钢丝股的所述芯是相等捻距股，其中所有芯钢单丝都没有零阶螺旋变形并且以与所述钢丝股的所述最终捻距长度不同的芯捻距长度被捻合在一起。

14.根据权利要求13所述的带，其中芯钢单丝的数目是二或三或四，并且所述芯钢单丝具有相等的直径。

15.根据权利要求13所述的带，其中芯钢单丝的数目是九或十二，并且其中所述芯钢单丝以半沃灵顿结构被布置。

16.根据权利要求1所述的带，其中所述钢丝股的所述芯是股，所述股包括芯-芯和以不同于所述钢丝股的所述最终捻距长度的芯捻距长度围绕所述芯-芯捻合的5、6或7个芯外钢单丝。

17.根据权利要求1所述的带，其中所述钢丝股的所述钢单丝被提供有金属涂层或金属涂层合金。

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