DE3813338A1 - Zugfestes element fuer dynamisch beanspruchte elastische gegenstaende, verfahren zur herstellung derartiger zugfester elemente und mit derartigen elementen versehenen gegenstand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zugfestes Element für dynamisch beanspruchte elastische Gegenstände, wie Fördergurte, Treibriemen, Zugriemen, Laufriemen und Laufketten für Fahrzeuge o. dgl., ein Verfahren zur Herstellung derar­ tiger zugfester Elemente und einen mit derartigen Elemen­ ten versehenen Gegenstand.

Die bekannten zugfesten Elemente für Gegenstände der vor­ genannten Art bestehen aus Kunststoffäden oder Stahl­ drähten, die verdrallt, verzwirnt, verwebt bzw. zu Litzen oder Seilen geschlagen sind.

Gegenstände, die mit aus Kunststoffäden gebildeten zug­ festen Elementen bestehende Einlagen aufweisen, bei­ spielsweise Gewebefördergurte, können außer durch Haken- oder Scharnierverbindungen nur durch systembedingte Festigkeitsverluste aufweisende Überlappungsverbindungen oder durch Einfügen von Hilfseinlagen im Bereich der Ver­ bindungen endlos geschlossen werden. Ebenso können Förder­ gurte mit durchgewebten Mehrfacheinlagen nur unter Hin­ nahme systembedingter Festigkeitsverluste durch sogenannte Fingerverbindungen endlos verbunden werden.

Für die hohen Festigkeitsklassen derartiger Gegenstände werden auch häufig Stahldrahtseile verwendet. Stahldraht­ seile haben jedoch den prinzipiellen Nachteil hohen Eigen­ gewichts, was besonders bei schrägen Förderbandanlagen oder senkrechten Becherwerken der Verwendung Grenzen setzt. Außerdem sind Stahldrahtseile nicht korrosions­ beständig.

Es ist daher schon vorgeschlagen worden, anstelle von Stahldrahtseilen ähnliche strangförmige Gebilde aus verdrallten oder verseilten, leichteren und verrottungs­ festen Fasern aus Kunststoffen zu verwenden. Dabei wurde die Strangform deshalb beibehalten, weil nur damit eine - bei Stahldrahtseilen bewährte - Überlappungsverbindung hergestellt werden kann, wie sie beispielsweise das DIN-Blatt 22131 für Fördergurte empfiehlt.

Bei den erforderlichen hohen Zugfestigkeiten, die den bei Fördergurten verwendeten Stahdrahtseilen entsprechen müssen, kommen Fasern aus Polyester, Polyamid oder Aramid oder auch aus Glas in Frage. Besonders die beiden letzt­ genannten Werkstoffe sind jedoch spröde und querdruck­ empfindlich; sie erreichen daher unter dynamischen Beanspruchungen nur ungenügende Zugfestigkeiten und eine ungenügende Lebensdauer, besonders an den Verbindungs­ stellen. Vor allem auch deshalb, weil durch Verdrallung und Verseilung die Fasern gegeneinander verspannt werden und bei der Verarbeitung eine elastische Matrix, bei­ spielsweise Gummi, nur ungenügend in den Strang eindringen kann. Bei einer dynamischen Beanspruchung zerreiben sich daher die sich überkreuzenden oder berührenden Fasern aneinander.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zugfestes Element für Gegenstände der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden und daß die zugfesten Elemente insbesondere kostengünstiger als die bekannten Elemente sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß eine Vielzahl von im wesentlichen unidirektional verlaufenden hochfesten Fasern aus Kunststoff, wie Polyamid, Polyester und Aramid, oder Mineralien, wie Kohle und Glas, o. dgl. zu Fasern zu verarbeitenden Werkstoffen, derart in eine elastische Matrix eingebettet sind, daß sich die einzelnen Fasern nicht berühren, und daß die in die Matrix einge­ betteten Fasern jeweils einen Strang bilden.

Die Auswahl des Werkstoffs für die zu verwendenden Fasern und für die Matrix ist so zu treffen, daß die Betriebs­ dehnung der Fasern hoch genug bzw. die Matrix ausreichend elastisch ist, um eine etwa erforderliche Flexibilität des Elementes sicherzustellen. Dies ist insbesondere bei Polyamid und Polyester, aber auch bei Aramid, ohne weiteres möglich.

Die Matrix, in die die Fasern eingebettet sind, besteht zweckmäßigerweise aus einem thermoplastischen Werkstoff.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Elementes wird bei geringem Gewicht, Verrottungsfestigkeit und höchster Ausnutzung der Werkstoffzugfestigkeit eine den bekannten als Einlagen dienenden zugfesten Elementen eben­ bürtige Flexibilität bei höchster Lebensdauer erreicht. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Element eine wesentlich umfangreichere Gestaltungsmöglichkeit.

In Weiterbildung der Erfindung ist jeder eine erfindungs­ gemäße Einlage bildende Strang mit einer Umhüllung aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise einem Misch­ polymer, versehen, der sowohl zu dem Werkstoff der Matrix als auch zu dem die Gegenstände bildenden Werkstoff ein chemisches Haftvermögen besitzt.

Der die Einlage bildende Strang und/oder die Umhüllung kann, je nach Verwendungszweck, einen runden oder einen eckigen Querschnitt aufweisen.

Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Einlage erfolgt vorteilhaft in der Weise, daß zunächst mehrere Faserlunten von handelsüblichen Spulen auf durch Scheiben unterteilte Fachspulen umgespult werden und sodann die Faserlunten von den Fachspulen abgezogen und aufgelockert werden, beispielsweise durch Einwirkung eines Luftstroms und/oder statischer Elektrizität, daß sodann die Faserlunten in ein eine elastische Matrix enthaltendes Tränkbad getaucht werden, wodurch im wesentlichen jede Faser in die Matrix eingebettet wird, und daß schließlich die Faserlunten wieder zusammengeführt werden, so daß nach dem Trocknen die in die Matrix eingebetteten Fasern einen Strang bilden. Dadurch entsteht ein leicht zu handhabendes und leicht weiterzuverarbeitendes zugfestes Element.

Weitere Verfahrensschritte sind in den Unteransprüchen 7 bis 9 beschrieben.

Eine Ausführungsform eines mit erfindungsgemäßen Elementen versehenen Gegenstands besteht darin, daß mehrere Stränge über- und/oder nebeneinander angeordnet sind.

Weitere Ausgestaltungen eines mit erfindungsgemäßen Ele­ menten versehenen Gegenstands sind in den Unteransprüchen 11 bis 17 beschrieben.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 je ein als Strang ausgebildetes zugfestes Element in perspektivischer Darstellung;

Fig. 3 und 4 je ein weiteres, mit einer Umhüllung ver­ sehenes als Strang ausgebildetes zugfestes Element, ebenfalls in perspektivischer Dar­ stellung;

Fig. 5 eine Einrichtung zum Umspulen von Faserlunten von handelsüblichen Spulen auf Fachspulen, in Drauf­ sicht;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Einrichtung für die Herstellung eines zugfesten Elementes;

Fig. 7 bis 11 je einen Gegenstand mit einem aus eckigen Strängen gebildeten zugfesten Element, jeweils im Querschnitt;

Fig. 12 bis 16 je einen Gegenstand mit einem aus runden Strängen gebildeten zugfesten Element, jeweils in perspektivischer Darstellung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten, als Strang 1 ausgebilde­ ten zugfesten Element sind hochfeste Fasern 2 in eine elastischen Matrix 3 eingebettet. Die Fasern 2 verlaufen im wesentlichen unidirektional, d. h. im wesentlichen geradlinig in derselben Richtung, wobei die Matrix 3 ver­ hindert, daß sich die einzelnen Fasern 2 berühren. Der Strang 1 weist einen runden Querschnitt auf.

Der in Fig. 2 dargestellte, aus Fasern 2 und einer Matrix 3 bestehende Strang 1 weist einen viereckigen Querschnitt auf.

Die Fig. 3 und 4 zeigen je einen mit einer elastischen Umhüllung 4 versehenen Strang 1, wobei die Umhüllung 4 in Fig. 3 einen runden und in Fig. 4 einen eckigen Quer­ schnitt aufweist.

Mittels der in Fig. 5 dargestellten Einrichtung erfolgt eine Umspulung von Faserlunten 5 (sogenannten Rovings) von handelsüblichen Spulen 6 auf durch Scheiben unterteilte Fachspulen 7. Hierbei werden die Faserlunten 5 über ein Gatter 8 und eine Rollenführung 9 geführt.

Die Herstellung eines zugfesten Elements kann auf der in Fig. 6 schematisch dargestellten Anlage erfolgen. Hier­ bei werden mehrere Fachspulen 7 im oberen Bereich der Anlage eingehängt. Die Faserlunten 5 werden von den Fachspulen 7 abgezogen und durchlaufen eine Auflockerungs­ einrichtung 10 und - im aufgelockerten Zustand - ein eine elastische Matrix 3 enthaltendes Tränkbad 11 und werden sodann mittels einer Kalibrierdüse 12 zu einem Strang zusammengeführt. Die Auflockerung der Faserlunten 5 er­ folgt durch einen durch Pfeile 13 angedeuteten Luftstrom, der durch einen Ventilator 14 erzeugt wird. Im unteren Bereich der Anlage ist ein Abzug 15 vorgesehen, der den Strang 1 durch eine Trocknungs- bzw. Vorgeliereinrichtung 16 hindurchzieht. Der Strang 1 wird sodann auf eine Strangtrommel 17 aufgewickelt.

Fig. 7 zeigt einen ausschließlich aus zwei Ebenen von eckigen Strängen 1 und 1.1 bestehenden Gegenstand. Während die Stränge 1 der einen Ebene in der Hauptzug­ richtung verlaufen, verlaufen die Stränge 1.1 der anderen Ebene quer oder diagonal dazu.

Der in Fig. 8 dargestellte Gegenstand weist mehrere neben­ einander angeordnete, in der Hauptzugrichtung verlaufende Stränge 1 mit viereckigem Querschnitt auf, die mit einer Schicht 18 aus elastischem Werkstoff verbunden sind.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Gegenstand ist oberhalb von zwei Ebenen von Strängen 1 und 1.1, von denen die Stränge 1 der einen Ebene in der Hauptzugrichtung und die Stränge 1.1 der anderen Ebene quer oder diagonal dazu verlaufen, eine Schicht 18 aus elastischem Werkstoff angeordnet. Die Stränge 1.1 können einen runden oder einen eckigen Querschnitt aufweisen; sie können unmittel­ bar oder mit Abstand nebeneinander angeordnet sein.

In Fig. 10 ist ein Gegenstand dargestellt, bei dem mehrere Stränge 1 mit Abstand nebeneinander angeordnet sind, wobei zwischen jeweils zwei Strängen 1 ein Profilstreifen 20 eingefügt ist. In diesem Falle sind ober- und unterhalb der - in der Hauptzugrichtung verlaufenden - Stränge weitere Stränge 1.1 vorgesehen, die nicht in der Hauptzug­ richtung verlaufen. Ober- und unterhalb der Stränge 1.1 ist je eine Schicht 18, 19 aus elastischem Werkstoff vor­ gesehen.

Fig. 11 zeigt einen Gegenstand, der zwei Ebenen von in der Hauptzugrichtung verlaufenden Strängen 1 aufweist. Zwischen den beiden Ebenen der Stränge 1 ist eine Ebene weiterer, nicht in der Hauptzugrichtung verlaufender Stränge 1.1 vorgesehen. Die drei Ebenen der Stränge 1, 1.1 sind seitlich durch Randstränge 1.2 begrenzt. Auch in diesem Falle sind oberhalb und unterhalb der Stränge Schichten 18, 19 aus elastischem Werkstoff vorgesehen.

Die in den Fig. 7 bis 11 dargestellten Gegenstände können beispielsweise Fördergurte sein. Die Herstellung dieser Gegenstände kann mit Einrichtungen erfolgen, die üblicher­ weise für die Herstellung von Gewebefördergurten verwendet werden.

Der in Fig. 12 dargestellte Gegenstand weist mehrere mit Abstand nebeneinander angeordnete, in der Hauptzugrichtung verlaufende Stränge 1 mit rundem Querschnitt auf, wobei die Stränge 1 zwischen zwei Schichten 18 und 19 aus ela­ stischem Werkstoff angeordnet sind. Zwischen den Schichten 18 und 19 sind ferner zwei dünnere Schichten 19.1 vorge­ sehen, die eine Haftungsübertragung zwischen Strängen 1 und den Schichten 18 und 19 bewirken.

Bei dem in Fig. 13 dargestellten Gegenstand ist oberhalb der in der Hauptzugrichtung verlaufenden Stränge 1 eine Ebene weiterer Stränge 1.1 vorgesehen, die nicht in der Hauptzugrichtung verlaufen, sondern quer oder diagonal dazu. Oberhalb der Stränge 1.1 ist eine Schicht 18 und unterhalb der Stränge 1 ist eine Schicht 19 angeordnet. Eine weitere, haftungübertragende Schicht 19.1 befindet sich zwischen der Schicht 19 und der Ebene der Stränge 1.1. Die Schichten 18, 19 und 19.1 bestehen aus elasti­ schem Werkstoff. Die Stränge 1.1 können einen runden oder einen eckigen Querschnitt aufweisen; sie können unmittel­ bar oder mit Abstand nebeneinander angeordnet sein.

Die in Fig. 12 und 13 dargestellten Gegenstände können Fördergurte sein, deren Herstellung mit Einrichtungen erfolgen kann, die üblicherweise für die Herstellung von Stahlseilfördergurten verwendet werden.

In den Fig. 14 und 15 ist je ein Gegenstand dargestellt, bei der die Stränge 1 mit einer Umhüllung 4 aus elasti­ schem Werkstoff versehen sind, wobei die Umhüllung 4 in Fig. 14 einen runden und in Fig. 15 einen eckigen Quer­ schnitt aufweist.

Fig. 16 zeigt einen Gegenstand, bei dem die mit einer Um­ hüllung 4 versehenen Stränge 1 mit Abstand nebeneinander angeordnet sind und zwischen jeweils zwei Stränge 1 ein Profilstreifen 20 eingefügt ist.

Die in den Fig. 14 bis 16 dargestellten Gegenstände können ebenfalls Fördergurte sein, wobei jedoch die Herstellung dieser Gegenstände mit Einrichtungen erfolgen kann, die üblicherweise für die Herstellung von Gewebefördergurten verwendet werden.

Bei den in den Fig. 12 bis 16 dargestellten Gegenständen ist der Abstand von jeweils zwei der in der Hauptzugrich­ tung verlaufenden Strängen 1 so gewählt, daß für eine Verbindung mehrerer derartiger Gegenstände oder für eine Endlosverbindung die Enden der Stränge 1 eine Anordnung zulassen, wie sie beispielsweise für Stahlseilgurte durch das DIN-Blatt 22131 empfohlen wird.

Claims (17)

1. Zugfestes Element für dynamisch beanspruchte elastische Gegenstände, wie Fördergurte, Treibriemen, Zugriemen, Laufriemen und Laufketten für Fahrzeuge o. dgl., gekennzeichnet durch eine Vielzahl von im wesentlichen unidirektional verlaufenden hochfesten Fasern (2) aus Kunststoff, wie Polyamid, Polyester und Aramid, oder Mineralien, wie Kohle und Glas, o. dgl. zu Fasern zu verarbeitenden Werkstoffen, die derart in eine elastische Matrix (3) eingebettet sind, daß sich die einzelnen Fasern (2) nicht berühren, und daß die in die Matrix (3) eingebetteten Fasern (2) jeweils einen Strang (1) bilden.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (3) aus einem thermoplastischen Werkstoff besteht.

3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Strang (1) mit einer Umhüllung (4) aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise einem Mischpolymer, versehen ist, der sowohl zu dem Werkstoff der Matrix (3) als auch zu dem die Gegenstände bilden­ den Werkstoff ein chemisches Haftvermögen besitzt.

4. Element nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strang (1) und/oder dessen Umhüllung (4) einen runden Querschnitt aufweist.

5. Element nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strang (1) und/oder dessen Umhüllung (4) einen eckigen Querschnitt aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung von zugfesten Elementen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zunächst mehrere Faserlunten (5) von handelsüblichen Spulen (6) auf durch Scheiben unter­ teilte Fachspulen (7) umgespult werden und sodann die Faserlunten (5) von den Fachspulen (7) abgezogen und aufgelockert werden, beispielsweise durch Einwirkung eines Luftstroms und/oder statischer Elektrizität, daß sodann die Faserlunten (5) in ein eine elastische Matrix (3) enthaltendes Tränkbad (10) getaucht werden, wodurch im wesentlichen jede Faser (2) in die Matrix (3) eingebettet wird, und daß schließlich die Faser­ lunten (5) wieder zusammengeführt werden, so daß nach dem Trocknen die in die Matrix (3) eingebetteten Fasern (2) einen Strang (1) bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Trocknen die Matrix (3) vorgeliert oder vor­ vernetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strang (1) durch Umspritzen mit einem elastischen Werkstoff mit einer Umhüllung (4) versehen wird, wobei der Werkstoff der Umhüllung (4) sowohl zu dem Werkstoff der Matrix (3) als auch zu dem die Gegenstände bildenden Werkstoff ein chemisches Haftvermögen besitzt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (4) vorgeliert oder vorvernetzt wird.

10. Mit Elementen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 versehe­ ner Gegenstand, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Stränge (1, 1.1, 1.2) über- und/oder neben­ einander angeordnet sind.

11. Gegenstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stränge (1, 1.1, 1.2) miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt sind.

12. Gegenstand nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ober- und/oder unterhalb der Stränge (1, 1.1, 1.2) mindestens eine Schicht (18, 19) aus elastischem Werkstoff vorgesehen ist.

13. Gegenstand nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Stränge (1, 1.1) mit Abstand voneinander angeordnet und zwischen diesen Strängen (1, 1.1) Profilstreifen (20) vorgesehen sind.

14. Gegenstand nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstreifen (20) aus vorgeliertem oder vorvernetztem elastischem Werkstoff bestehen.

15. Gegenstand nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stränge (1) einen Abstand voneinander aufweisen, der mindestens dem Durchmesser bzw. der Breite eines Stranges (1) entspricht.

16. Gegenstand nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß von den über- und/oder nebeneinan­ der angeordneten Strängen (1, 1.1, 1.2) zumindest die Stränge (1.1) einer Ebene in einer anderen Richtung als die Hauptzugrichtung verlaufen, beipielsweise quer oder diagonal dazu.

17. Gegenstand nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (1, 1.1) eine geringe Vorspannung aufweisen.