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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein die Konstruktion von Seilen und insbesondere eine geflochtene
Konstruktion, die besonders geeignet ist für Seile mit großem Durchmesser,
die aus Kunstfasermaterialien mit geringer Dehnung hergestellt sind.
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Die herkömmliche geflochtene Konstruktion ist
weit verbreitet bei der Herstellung von Seilen für verschiedene Zwecke. Beim
herkömmlichen
Flechten werden verzwirnte Garne wiederholt über- und untereinander verwoben,
so dass jedes Garn einem im Allgemeinen spiralfömigen Pfad über die gesamte Länge des
Seils folgt. Der Winkel des Pfads hängt von der Festigkeit des
Geflechts ab, die gemeinhin als eine Anzahl von „Knoten" (engl. „picks")
pro Einheitslänge
ausgedrückt
wird, wobei der Ausdruck „Pick-Multiplikator"
die Anzahl von Knoten pro Zoll des Seils mal seinem Umfang repräsentiert.
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Die einzelnen Garne werden vor dem
Flechten verzwirnt, primär,
weil dies notwendig ist, um die Fasern zu einem zusammenhängenden
Bündel
zusammenzufassen. Der Ausdruck „Drehungskoeffizient" (engl. „twist
factor"), wie er hier verwendet wird, repräsentiert die Anzahl von Windungen
des Zwirns pro 25,4 mm (1 Zoll) (als „TPI" bezeichnet) mal der Quadratwurzel
des Garndeniers, wobei das Garndenier als das Denier der Fasern
multipliziert mit der Anzahl von Fasern in dem Garn berechnet wird.
Das Verzwirnen dient also dazu, den Translationsgütegrad der
Garne leicht zu erhöhen
(wie hier verwendet drückt
die Bezeichnung „Translationsgütegrad"
die Beziehung zwischen der Bruchfestigkeit des Garns und der kombinierten
Bruchfestigkeit der Fasern aus, die das Garn bilden, ausgedrückt als
ein Prozentsatz des letzteren Werts), indem unterstützt wird,
dass die einzelnen Fasern gleichmäßiger belastet werden. Während jedoch
ein kleiner Verzwirnungsgrad (z. B. ½ Windung pro 25,4 mm (1 Zoll)
bei einem Bündel mit
9,53 mm (3/8 Zoll) Durchmesser) eine geringfügige Erhöhung des Translationsgütegrads
erzeugt (z. B. vielleicht 10 %), verursacht jegliches weiteres Verzwirnen
des Garns einen schnellen Rückgang
der Zugfestigkeit. Dies ist der Fall, da bei weiterer Verzwirnung
die Fasern an der Außenseite
damit beginnen, signifikant längeren
Pfaden zu folgen als diejenigen in Richtung zu dem Inneren hin,
so dass beim Gebrauch die kürzeren
Fasern überlastet
werden, bevor sie sich gegenüber
den längeren
Fasern ausreichend dehnen können,
dass diese anfangen, eine Spannung aufzunehmen; dies ist ein besonders
Problem, wenn mit modernen Fasermaterialien mit geringer Dehnung
gearbeitet wird, von denen einige in der Lage sind, sich lediglich
um 2–4%
auszudehnen, bevor sie brechen.
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Obwohl die Industrie seit vielen
Jahren geflochtene Seile unter Verwendung von verzwirnten Garnen
konstruiert hat, hat es sich gezeigt, dass diese herkömmliche
Technik verschiedene ernsthafte Defizite in Verbindung mit neueren
Fortschritten bei der Seilgröße und Fasertechnologie
aufweist. Z. B. gibt es einen ansteigenden Bedarf für geflochtene Seile
mit sehr großem
Durchmesser (z. B. zur Verwendung auf großen Begleitschleppern, an Einzelpunkt-Vertäusystemen,
in der Offshore-Ölindustrie, usw.),
aber wegen existierender Ausrüstung
und anderen Gründen
sind die meisten geflochtenen Seile darauf eingeschränkt, eine
bestimmte, relativ geringe Anzahl von Litzen zu verwenden (z. B.
ein 12-Litzen-Flechtseil, ein 8-Litzen-Flechtseil, usw.). Da die Anzahl von
Litzen dieselbe bleiben muss, ist demzufolge der herkömmliche
Ansatz zur Herstellung von Seilen mit größerem Durchmesser der gewesen,
einfach den Durchmesser der verzwirnten Garne zu erhöhen, die
die Litzen bilden. Der Ansatz, einfach die Garne „nach oben
zu skalieren", hat sich jedoch nicht als sehr erfolgreich erwiesen,
besonders bei der Verwendung vergleichsweise neuer Fasern mit geringer Dehnung.
Dies ist zum Teil deswegen der Fall, weil die Bildung von Garnen
mit großem
Durchmesser ein mehrstufiges Verzwirnen erfordert, wenn mit synthetischen
Fasermaterialien gearbeitet wird (weil die synthetischen Fasermaterialien
sehr glatte, schlüpfrige
Oberflächentexturen
aufweisen, im Vergleich mit rauflächigeren Naturfasern, die dazu
tendieren, ein festes Bündel
nach dem anfänglichen
Verzwirnen zu bilden. Wenn ein mehrstufiges Verzwirnen durchgeführt wird,
ist es jedoch praktisch unmöglich,
dem Garn einen befriedigenden Grad von Zusammenhalt zu geben, ohne
den optimalen Verzwirnungsgrad zu überschreiten, insbesondere
dann, wenn mit Fasern geringer Dehnung gearbeitet wird, mit dem
Ergebnis, dass der Translationsgütegrad
ernsthaft leidet. Während
eine sehr lockere Verzwirnung den Verlust an Translationsgütegrad vermeiden
würde,
würde dies zu
einem unaktzeptabel niedrigen Zusammenhaltsgrad führen, und
würde ein
lockeres, „schäbiges" Garn
erzeugen, das für
Belastungsschäden
anfällig wäre und ansonsten
für kommerziellen
Einsatz ungeeignet wäre.
Kurz gesagt, ist es bei Verwendung von Fasermaterialien geringer
Dehnung bei verzwirnten Garnen mit großem Durchmesser schwierig oder
unmöglich,
sowohl einen akzeptablen Zusammenhaltsgrad als auch ein hohes Niveau
des Translationsgütegrads
zu erreichen.
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Es existieren Verfahren, bei denen
verzwirntes UHMWPE oder andere Garne erfolgreich bei erhöhten Temperaturen
gedehnt werden können,
um ein hohes Niveau des Translationsgütegrads zu erreichen, ohne
die einzelnen Fasern zu beschädigen. Sogar
diese Verfahren weisen jedoch eine praktische obere Grenze hinsichtlich
des Garndurchmessers auf, das in einer solchen Produktionsoperation
erfolgreich behandelt werden kann, und im Moment ist diese Grenze
deutlich unterhalb des Durchmessers der Garne, die zur Konstruktion
von sehr langen geflochtenen Seilen unter Verwendung herkömmlicher Techniken
notwendig sind.
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Ein anderes Problem bei der herkömmlichen geflochtenen
Konstruktion stammt aus der Notwendigkeit, die Garne mehrere Male
zu verspleißen, wenn
lange Seilstücke
geflochten werden. Um diesen zu verdeutlichen, wird auf 5 Bezug genommen, die eine
herkömmliche
Flechtmaschine 01 zeigt, bei der eine Mehrzahl von Spulen 02 an
einem Tisch 03 zur Entwicklung einer Zusammenzwirndrehung
angebracht sind (man beachte: Da die Flechtmaschine für sich selbst
nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt und dem Fachmann
wohlbekannt ist, wird hier nur ein Überblick über den Mechanismus gegeben).
Wenn die Spulen umherlaufen, werden die Garne unter- und übereinander
verwoben und durch eine Manschette 05 durch eine Aufwickelrolle
nach oben gezogen. Da jeder Spule das Garn ausgeht, ist es dann
notwendig, die Maschinen zu stoppen und das Garn von einer neuen
Spule einzuspleißen.
Es ist im Allgemeinen nicht praktikabel, die Enden von verzwirnten
Garnen zusammenzuspleißen
(da sie dazu tendieren, sich einfach zu einer nicht zusammenhaltenden
Masse abzuwickeln), und daher ist es die herkömmliche Praxis gewesen, die neue
Spule in einem offenen Bereich 08 in der Mitte des Tischs
anzuordnen und dann das Ende des Garns nach oben in den Kern des
Seils zu führen,
wie durch den Pfeil 09 angedeutet ist. Die Maschine wird betrieben,
um weitere 6,1–9,1
m (20–30
Fuß) (typischerweise)
Seil zu bilden, und danach wird das Garn von der alten Spule abgeschnitten
und die neue Spule wird an ihrem Platz am Rand des Tischs angebracht.
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Diese Technik wird herkömmlicherweise
als ein „Flechteraustausch"
(engl. „braider
interchange") bezeichnet, und obwohl sie seit vielen Jahren verwendet
wird, ist sie in vielerlei Hinsicht unbefriedigend. Erstens wird
eine Verspleißung,
weil sie eine friktionale Verspleißung ist, immer eine Schwachstelle
in dem Seil darstellen. Ebenso stellt der 6,1–9,1 m-Überlapp eine teure Verschwendung
von Material dar, insbesondere dann, wenn teure Fasern verwendet
werden. Weiterhin wird diese Art von Verspleißung extrem schwierig auszuführen, wenn
Seile mit großem
Durchmesser geflochten werden. Dies liegt daran, dass die zum Tragen
der verzwirnten Garne mit großem
Durchmesser notwendigen Spulen sehr viel größer und dichter auf dem Tisch
der Flechtmaschine gepackt sind, als dies in 5 gezeigt ist, mit dem Ergebnis, dass
es einfach keinen Raum in der Mitte des Tisches gibt, in dem die
Ersatzspule positioniert werden könnte (ein entsprechendes Vergrößern der
Maschinen zur Bereitstellung von mehr Raum ist bei weitem zu teuer,
um eine praktikable Option zu sein). Wenn die verzwirnten Garne
sehr groß sind,
wird es weiterhin schwierig, das schwere, steife Ende des Garns
zu handhaben es in den Kern des Seils nachzuführen.
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Die Verwendung von großen verzwirnten Garnen
zur Bildung der Litzen des Seils macht es sehr schwierig, Reparaturen
an herkömmlich
geflochtenen Seilen durchzuführen,
wenn einzelne Litzen beim Betrieb beschädigt werden. Z. B. kann ein einzelnes
Garn hängen
bleiben, abgeschnitten werden oder auf andere Weise beschädigt werden,
während
der Rest des Seils intakt bleibt. Die Unfähigkeit einzelne Garne zu reparieren
bedeutet jedoch, dass eine Gesamtlänge des Seils mit großen Kosten
weggeworfen werden müsste.
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Demzufolge existiert ein Bedarf für ein Verfahren
zur Konstruktion von geflochtenen Seilen mit großem Durchmesser, wobei ein
hohes Niveau des Translationsgütegrads
erreicht wird, insbesondere wenn Fasermaterialien geringer Dehnung
verwendet werden. Ferner existiert ein Bedarf für ein derartiges Verfahren
zur Konstruktion, das es ermöglicht,
dass ein geflochtenes Seil mit großem Durchmesser hergestellt
wird, ohne dass übermäßig große verzwirnte Garne
verwendet werden müssten.
Ferner existiert ein Bedarf für
ein derartiges Verfahren der Konstruktion, das es ermöglicht,
dass schnellere, effizientere Verspleißungen zwischen den Enden einzelner
Litzen während
der Konstruktion des Seils gebildet werden. Ferner gibt es einen
Bedarf für
ein derartiges Verfahren zur Konstruktion geflochtener Seile, das
es erlaubt, dass einzelne Litzen verspleißt werden, um einen Schaden
zu reparieren, ohne eine Gesamtlänge
des Seils wegwerfen zu müssen.
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Die GB 1344290 offenbart ein Verfahren
der Konstruktion eines geflochtenen Seils großen Durchmessers, wobei das
Verfahren die Schritte umfasst, eine Mehrzahl von Fasern zusammenzuzwirnen,
so dass diese eine Mehrzahl von verzwirnten Garnen bilden, eine
Mehrzahl von verzwirnten Garnen zusammenzuflechten, so dass diese
eine Mehrzahl von geflochtenen Litzen bilden, und eine Mehrzahl
von geflochtenen Litzen zusammenzuflechten, so dass ein geflochtenes
Seil mit großem
Durchmesser gebildet wird.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist ein derartiges Verfahren gekennzeichnet durch Fasern
mit geringer Dehnung, die um einen Drehungskoeffizient im Bereich
von ungefähr 125
bis ungefähr
145 zusammengezwirnt sind, um die gezwirnten Garne zu bilden, wobei
die gezwirnten Garne um einen Pick-Multiplikator im Bereich von
ungefähr
1,0 bis ungefähr
2,0 zusammengeflochten sind, um die geflochtenen Litzen zu bilden,
und wobei die geflochtenen Litzen um einen Pick-Multiplikator im
Bereich von ungefähr
2,0 bis ungefähr
3,6 zusammengeflochten sind, um das Seil mit großem Durchmesser zu bilden.
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Der Schritt des Zusammenflechtens
der Garne kann das Zusammenflechten der verzwirnten Garne umfassen,
um eine Mehrzahl von geflochtenen Litzen zu bilden, die einen Durchmesser
von 11,1 mm (7/16 Zoll) oder größer aufweisen.
Der Schritt des Flechtens der Litzen zusammen kann das Flechten der
Mehrzahl von geflochtenen Litzen zusammen umfassen, um ein Seil
zu bilden, das einen Umfang von ungefähr 127 mm (5 Zoll) oder größer aufweist. Der
Pick-Multiplikator des primären
Geflechts kann bevorzugt im Bereich von ungefähr 1,0 bis ungefähr 1,4 liegen
und der des sekundären
Geflechts kann bevorzugt im Bereich von ungefähr 2,0 bis ungefähr 2,8 liegen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann
der Schritt des Zusammenflechtens der Mehrzahl von Garnen das Zusammenzwirnen
der Mehrzahl von Fasern um einen Drehungskoeffizient im Bereich
von ungefähr
134 bis ungefähr
140 umfassen. Die verzwirnten Garne der Fasern können zusammengeflochten sein
in einem primären
Geflecht, das einen Pick-Multiplikator
im Bereich von ungefähr 1,3
und ungefähr
1,4 umfasst; und danach zu einem sekundären Geflecht zusammengeflochten
sein, das einen Pick-Multiplikator im Bereich von ungefähr 2,6 und
ungefähr
2,8 umfasst.
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Die GB 1 344 920 offenbart ein geflochtenes Seil
mit großem
Durchmesser, das eine Mehrzahl von Fasern enthält, die zusammengezwirnt sind,
so dass sie eine Mehrzahl von verzwirnten Garnen bilden, wobei eine
Mehrzahl von verzwirnten Garnen zusammengeflochten ist, so dass
diese eine Mehrzahl von geflochtenen Litzen bildet, und eine Mehrzahl
von geflochtenen Litzen zusammengeflochten ist, so dass diese ein
geflochtenes Seil mit großem Durchmesser
bildet.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist ein derartiges Seil gekennzeichnet durch
Fasern geringer Dehnung, die mit einem Drehungskoeffizient im Bereich
von ungefähr
125 bis ungefähr
145 zusammengezwirnt sind, wobei die zusammengezwirnten Garne um
einen Pick-Multiplikator im Bereich von ungefähr 1,0 bis ungefähr 2,0 zusammengeflochten
sind, so dass sie die zusammengeflochtenen Litzen bilden, und wobei
die zusammengeflochtenen Litzen um einen Pick-Multiplikator im Bereich von ungefähr 2,0 bis
3,6 zusammengeflochten sind, so dass sie das geflochtene Seil mit großem Durchmesser
bilden.
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In den begleitenden Zeichnungen:
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1 ist
eine Aufrissansicht eines Endabschnitts eines gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruierten geflochtenen Seils, die schematisch die Art
und Weise zeigt, in der verzwirnte Garne mit geringem Durchmesser
zusammengeflochten sind, um zusammengeflochtene Litzen zu bilden,
die dann zusammengeflochten werden, um das Seil selbst zu bilden;
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2 ist
eine Aufrissansicht einer Länge
des geflochtenen Seils von 1;
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3 ist
eine Aufrissansicht einer einzelnen der geflochtenen Litzen, die
zusammengeflochten sind, um das Seil von 2 zu bilden.
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4 ist
eine Aufrissansicht eines einzelnen der verzwirnten Garne mit vergleichsweise
kleinem Durchmesser, die zusammengeflochten sind, um geflochtenen
Garne zu bilden, die in 3 gezeigt
sind;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Flechtmaschine
zur Verwendung bei der Konstruktion eines geflochtenen Seils gemäß des Verfahrens
der vorliegenden Anmeldung.
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6A ist
einen perspektivische Ansicht der Art und Weise, in der ein exemplarischer
Typ oder eine Verspleißung
des geflochtenen Seils verwendet werden können, um die einzelnen geflochtenen
Litzen in einem nach Maßgabe
der vorliegenden Erfindung konstruierten Seil entweder während der
ursprünglichen Herstellung
oder zu Reparatur einer bei Gebrauch aufgetretenen Beschädigung verbinden
zu können,
und
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6B ist
eine Aufrissansicht, die die komplette Verspleißung von 7 und 8 zeigt.
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Die vorliegende Erfindung sieht eine
Form einer Seilkonstruktion vor, die besonders geeignet ist zur
Herstellung eines geflochtenen Seils mit großem Durchmesser in relativ
großen
Längen.
Weiterhin ist die durch die vorliegende Erfindung vorgesehene Konstruktionsform
besonders vorteilhaft, wenn mit Fasermaterialien mit sehr geringer
Dehnung gearbeitet wird, d. h. mit Fasermaterialien, die dazu in
der Lage sind, sich um nicht mehr als ungefähr 7% zu verlängern, bevor
sie brechen. Beispiele solcher Fasermaterialien umfassen Hochmodul-Polyester
mit geringer Dehnung, KevlarTM (erhältlich von
E. I. DuPont de Nemours & Co.,
Wilmington, DE, USA), Flüssigkristallfasermaterialien
wie VectronTM (erhältlich von Celanese Corporation,
New York, NY, USA) und UHMWPE-Fasermaterialien wie SpectraTM (erhältlich von
Allied Signal, Inc., Morristown, NJ, USA) und DyneemaTM (erhältlich von
DSM Fasern, B. V., Heerlen, Niederlande).
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Bei der vorliegenden Erfindung wird
das Seil durch Flechten von Litzen mit gebildet, die selbst geflochten
worden sind, in Gegensatz zum Flechten von verzwirnten Garnen mit
großem
Durchmesser wie bei der herkömmlichen
Praxis. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es daher, für das Seil
verzwirnte Garne zu verwenden, die einen sehr viel kleineren Durchmesser
haben, als es ansonsten erforderlich wäre, was wiederum das Erfordernis
des mehrstufigen Verzwirnens der Garne reduziert oder beseitigt. Weiterhin
erlaubt dies auch für
sehr große
Seilgrößen die
Verwendung von Garnbündeln,
die ausreichend kleine Durchmesser haben, um unter Verwendung bekannter
Wärmedehnungsprozesse
behandelt zu werden, so dass ein hohes Niveau des Translationsgütegrads
erreicht wird. Weiterhin ermöglicht es
die vorliegende Erfindung durch Verwendung von geflochtenen Litzen
zur Konstruktion des Seils mit großem Durchmesser, dass die Enden
von einzelnen Litzen unter Verwendung von starken, schnellen Verspleißungen für geflochtene
Seile verbunden werden, anstelle des verschwenderischen und uneffizienten
Flechteraustauschs wie oben beschrieben, und ermöglicht es, einzelne Litzen
zu reparieren, die beim Gebrauch beschädigt worden sind.
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Demzufolge zeigt 1 ein geflochtenes Seil 10 mit
großem
Durchmesser, das aus einer Mehrzahl von einzelnen Litzen 12 konstruiert
ist, von denen jede selbst ein geflochtenes Element ist. Die besondere
Ausführungsform,
die gezeigt ist, verwendet eine aus 12 Litzen gebildete 2 darüber/2darunter-Geflechtform, aber
es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung mit anderen Geflechtformen
und anderen Litzenzahlen (wie z. B. eine 8 Litzenkonstruktion) verwendet
werden kann. Wie in 1 ersichtlich
ist, ist jede der geflochtenen Litzen wiederum aus zwölf verzwirnten
Garnen 14 geflochten (obwohl wiederum die tatsächliche
Anzahl als eine Sache der Konstruktionsauswahl variieren kann),
von denen jedes wiederum aus einer Vielzahl von einzelnen Fasern 16 gebildet
ist, die zusammengezwirnt worden sind, um eine zusammenhängendes
Bündel
zu bilden. Wie aus 2 ersichtlich
ist, ist das Ergebnis ein geflochtenes Seil 10, bei dem jede
der Litzen 12 selbst in der Form einem geflochtenen Seil ähnlich ist.
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Daher werden zur Konstruktion des
Seils 10 die einzelnen verzwirnten Garne 14 zunächst aus den
Fasern 16 verzwirnt und dann unter Verwendung einer Flechtmaschine,
wie etwa dem in Figur gezeigten 12-Litzen-Flechter, zusammengeflochten.
Die hieraus produzierten geflochtenen Litzen 12 werden dann
auf Sekundärspulen
gewickelt und auf eine andere Flechtmaschine geladen, durch die
sie zusammengeflochten werden, um das endgültige Seil zu bilden.
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Weil die Garne 14 zunächst zu
Litzen geflochten werden, bevor sie zu dem Seil selbst geflochten
werden, kann das Garn einen Durchmesser aufweisen, der viel kleiner
ist, als derjenige, der erforderlich wäre, wenn die verzwirnten Garne
direkt zu dem Hauptseil geflochten werden würden, wie es bei der herkömmlichen
Konstruktion gemacht wird. Z. B. weist für ein aus 12-Garn-Litzen konstruiertes Zwölf-Litzen-Seil,
wie es in 1 gezeigt
ist, jedes der Garne eine Querschnittsfläche von nur 1/144 des Gesamtquerschnitts
des Seils auf. Im Ergebnis wird sogar für ein geflochtenes Seil mit
großem
Durchmesser der Durchmesser der einzelnen Garne auf einer vergleichsweise
geringen Größe gehalten
(z. B. kann ein 76,2 mm (3 Zoll)-Seil unter Verwendung von Garnen
mit lediglich 9,53 mm (3/ Zoll) im Durchmesser hergestellt werden).
Indem auf diese Weise Garne mit kleinem Durchmesser verwendet werden,
um ein Seil mit großem
Durchmesser zu konstruieren, reduziert oder eliminiert die vorliegende
Erfindung den Bedarf für
ein mehrstufiges Verzwirnen der Garne, wodurch das oben beschriebene Überzwirn-Problem vermieden
wird. Da das Geflecht selbst einen Zusammenhalt auf die Litzen ausübt, wodurch
die Abhängigkeit
vom Drehkoeffizient, um dem Seil eine notwendige Festigkeit zu geben,
reduziert wird, ermöglicht
es die oben beschriebene Konstruktion mit großem Durchmesser, dass solche
Seile konstruiert werden, unter Verwendung von Drehungskoeffizienten
und Pick-Multiplikatoren, die signifikant niedriger sind, als diejenigen,
die bei herkömmlichen
Konstruktionsformen erforderlich sind.
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Weil der Flechtprozess selbst den
Litzen sehr wenig zusätzliche
Verzwirnung erteilt, ermöglicht
es die vorliegende Erfindung weiterhin, einen hohen Verzwirnungsgrad
in den Garnen aufrecht zu erhalten, so dass in dem endgültigen Seil
ein maximaler Translationsgütegrad
erzielt wird.
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Z. B. kann den Garnen anfänglich der
optimale Verzwirnungsgrad gegeben werden und dieser Verzwirnungsgrad
bleibt in weitem Maß unbeeinflusst
von den nachfolgenden Flechtschritten, oder in einigen Fällen kann
den Garnen ein anfänglicher
Verzwirnungsgrad gegeben werden, der nur etwas unterhalb des Optimums
liegt, um gegenüber
einem kleinen, aber vorbestimmten Verzwirnungsgrad zu kompensieren,
der während
des Flechtprozesses hinzugefügt
wird.
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Als Ergebnis ist die geflochtene
Konstruktion der vorliegenden Erfindung in der Lage, ein festes, zusammenhaltendes
Seil unter Verwendung von Pick-Multiplikatoren
und Drehungskoeffizienten zu erzeugen, die sehr viel kleiner sind
als diejenigen, die bei einer herkömmlichen Konstruktion mit verzwirnten
Litzen erforderlich ist, wodurch ein sehr signifikanter Anstieg
der Gesamtzugfestigkeit erreicht wird, wenn mit hochfesten Fasermaterialiern
mit geringer Dehnung gearbeitet wird.
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Zum Hintergrund sei bemerkt, dass
doppelt-geflochtene Nylon- und Polyesterseile, die eine herkömmliche
Konstruktion mit verzwirnten Litzen aufweisen, einen Drehungskoeffizient
von ungefähr 150
und einen Pick-Multiplikator
von im Bereich von ungefähr
8,0 bis 9,0 besitzen. In einigen Fällen kann ein herkömmliches
doppelt-geflochtenes Polyesterseil mit 12 Litzen einen Pick-Multipilkator
aufweisen, der in Bereich von 3,4 bis 4,0 hinabreicht, aber dies ist
immer noch relativ groß im
Vergleich mit der vorliegenden Erfindung. Die vergleichsweise großen Drehungskoeffizienten
und Pick-Multiplikatoren sind erforderlich, wenn eine herkömmliche
Konstruktion mit verzwirnten Litzen verwendet wird, um dem Seil einen
akzeptablen Zusammenhalts- und Strapazierfähigkeitsgrad zu verleihen,
aber aus den oben beschriebenen Gründen verursachen der höhere Drehungskoeffzient
und Pick-Multiplikator auch einen Verlust an Festigkeit.
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Unter Verwendung der Konstruktion
der vorliegenden Erfindung hat sich jedoch herausgestellt, dass
ein für
kommerziellen Einsatz ausreichend festes und strapazierfähiges Seil
unter Verwendung eines Drehungskoeffizienten im Bereich von ungefähr 125 bis
ungefähr
145, eines Pick-Multiplikators in dem primären Geflecht von ungefähr 1,0 bis
ungefähr 2,0
und eines Pick-Multiplikators
in dem sekundären Geflecht
von ungefähr
2,0 bis ungefähr
3,6 konstruiert werden kann, was deutlich unterhalb der entsprechenden
Zahlenangaben liegt, wenn herkömmliche Konstruktionsformen
verwendet werden. Da ein gewisser Festigkeitsverlust auftritt, wenn
der Pick-Multiplikator
3,0 überschreitet,
ist der Pick-Multiplikator des sekundären Geflechts bevorzugt in
dem Bereich von ungefähr
2,0 bis ungefähr
3,0.
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Innerhalb der obigen Bereiche ist
eine Konstruktion, die einen Drehungskoeffizienten in dem Bereich
ungefähr
130 bis ungefähr
140, einen Pick-Multiplikator in dem primären Geflecht von ungefähr 1,0 bis
ungefähr
1,4 und einen Pick-Multiplikator in dem sekundären Geflecht von ungefähr 2,0 bis ungefähr 2,8 verwendet,
im Allgemeinen für
die Mehrzahl von Anwendungen bevorzugt. Insbesondere hat sich herausgestellt,
dass ein aus UHMWPE-Fasermaterial konstruiertes und einen Drehungskoeffizient
von 140, einen Pick-Multiplikator in dem primären Geflecht von ungefähr 1,35
und einen Pick-Multiplikator in dem sekundären Geflecht von ungefähr 2,7 aufweisendes
Seil eine herausragende Kombination aus Festigkeits- und Handhabbarkeits/Strapazierfähigkeitseigenschaften
für allgemeine
Verwendung, wie für
marine Schleppseile, besitzt. Für
einige spezielle Anwendungen kann jedoch eine ewas lockerere oder
festere Konstruktion verwendet werden, z. B. kann für einige
Offshoreplattform-Vertäuleitungen
und andere Anwendungen für
niedrigen Verschleiß ein
Drehungskoeffizient von ungefähr 135,
ein Pick-Multiplikator in dem primären Geflecht von ungefähr 1,2 und
ein Pick-Multiplikator in dem sekundären Geflecht von ungefähr 2,4 verwendet werden,
um ein Seil zu bilden, das eine etwas höhere Zugfestigkeit besitzt,
um den Preis eines etwas lockereren, weniger verschleißfesten „Körpers".
Weiterhin kann das primäre
Geflecht (d. h. die geflochtenen Garne) adäquat fest ausgebildet sein,
um Litzen zu bilden, die für
die beabsichtigte Verwendung ausreichend zusammenhängend sind,
und dann kann das letzte Geflecht etwas lockerer ausgebildet sein, ohne
die gesamte Brauchbarkeit des Seils zu beeinträchtigen.
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Der Umfang des fertiggestellten Seils
liegt bevorzugt zwischen ungefähr
127 mm (fünf
Zoll) und größer, wobei
ein Umfang von ungefähr
457–508
mm (18–20
Zoll) in einiger Hinsicht ein praktisches Maximum darstellt, das
durch die Begrenzungen von existierenden Flechtausrüstungstypen
gegeben ist. Unterhalb eines Umfangs von ungefähr 127 mm (5 Zoll) tendiert
wiederum der Vorteil einer verbesserten Festigkeit dazu zu verschwinden
aufgrund der inhärenten
Steigerungen des Flechtpfadwinkels und der Verzwirnung des Geflechts.
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Unter Verwendung von Pick-Multiplikator- und
Drehungskoeffizientwerten innerhalb der oben angegebenen Bereiche
erzeugt die vorliegende Erfindung ein Seil, das einen gesamten Verzwirnungsgrad
aufweist, der ungefähr
10–15%
geringer ist als derjenige, der erforderlich ist, wenn eine herkömmliche
Konstruktion mit verzwirnten Litzen verwendet wird. Wenn mit UHMWPE
und anderen hochfesten Fasermaterialien mit geringer Dehnung gearbeitet wird,
hat sich herausgestellt, dass dieser geringere Grad an Verzwirnung
zu einer Steigerung der gesamten Zugfestigkeit in der Größenordnung
von 40–50% oder
mehr gegenüber
Seilen aus verzwirnten-geflochtenen Litzen führt, die dieselbe Größe und denselben
Grad von Körper
und Zusammenhalt aufweisen. Weiterhin wird die Steigerung der Festigkeit
erreicht, ohne dass eine Wärmedehnung
der Garne oder Litzen erforderlich wäre.
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Z. B. wurde durch einen Test bei
einem nicht erwärmten,
gedehnten, primär
und sekundär
geflochtenen, aus SpectraTM-UHMWPE-Faser
konstruierten Seil aus 12 Litzen gemäß der Erfindung mit einem Drehungskoeffizient
von 140, einem Pick-Multiplikator in dem primären Geflecht von 1,35 und einem Pick-Multiplikator in
dem sekundären
Geflecht von 2,7,1 eine Bruchfestigkeit von ungefähr 400 385
kg (883 000 Pfund) ermittelt. Bei einem Test an einem vergleichbaren,
jedoch geringfügig
größeren Seil
aus SpectraTM-UHMWPE, das eine herkömmliche
Konstruktion mit verzwirnten Bündeln
aufwies, wurde eine Bruchfestigkeit von ungefähr 281 131 kg (620 000 Pfund)
ermittelt. Dies übersetzt
sich in eine Festigkeitssteigerung von mehr als 42 % (tatsächlich näher bei
50%, wenn die Größendifferenz
zwischen den Seilen berücksichtigt
wird).
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Es ist möglich, dass die oben beschriebene Konstruktion
auch von einigem Vorteil ist bei Seilen, die aus Materialien mit
geringerer Festigkeit und größerer Dehnung,
wie etwa Nylon und Polyester, gebildet sind. Es versteht sich jedoch,
dass das Grundproblem von ungleichmäßiger Faserbelastung und -bruch
aufgrund übermäßiger Verzwirnung
im Allgemeinen im Fall von Materialien mit großer Dehnung nicht existiert
(weil diese sich ausdehnen, um die Belastung zwischen kürzeren und
längeren
Fasern vor einem Bruch auszugleichen) und somit der durch die vorliegende
Erfindung bereitgestellte Festigkeitsanstieg sehr viel geringer
ausgeprägt
wäre, wenn
mit derartigen Fasern gearbeitet würde.
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Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass die geflochtene Struktur der Litzen 12 es
erlaubt, dass diese auf individueller Basis „in-line" verspleißt werden
mittels einer schnellen, effizienten und sehr starken Flechtseilverspleißung. So
wie er in dieser Beschreibung und den angefügten Ansprüchen verwendet wird, umfasst
der Ausdruck „Flechtseilverspleißung" alle
diejenigen Verspleißungstypen,
die dem Fachmann in der einschlägigen
Technik zum Verbinden von zwei Segmenten eines geflochtenen Seils
in mehr oder weniger einer Ende-an-Ende-Beziehung bekannt sind (im Gegensatz
zu z. B. Augenverspleißungen).
Z. B. zeigen die 6A–
6B ein erstes und ein zweites
geflochtenes Garn 12, die mittels einer Chinesischer-Finger-Verspleißung 20 verbunden
sind, die eine Form einer Verspleißung für ein geflochtenes Seil ist.
Dieser besondere Verspleißungstyp
wird gebildet durch Auseinanderspreizen des Geflechts unter Verwendung
einer Faust (engl. fist) oder eines ähnlichen Werkzeugs, um Öffnungen 22a, 22b zu
bilden, durch die die überlappenden
Enden 24a, 24b der Elemente hindurchgeführt werden.
Jedes Endstück
wird über
einen kurzen Abstand durch den Kern des anderen Elements und dann
durch Ausgangsöffnungen 26, 26b gezogen,
die ebenfalls durch Auseinanderspreizen des Geflechts gebildet sind.
Die beiden Elemente 12a und 12b werden zusammengezogen,
um die verwobenen mittleren Segmente 28a, 28 festzuziehen
und dann „gemolken",
um die abgeschnittenen Enden 24a, 24b wieder in
den Kern zurückzuziehen,
wodurch die Verspleißung
vervollständigt
wird, wie in 6B gezeigt.
Diese Art von Verspleißung
ist nicht nur schnell und einfach auszuführen, sie ist auch extrem stark
und erfordert wenig Überlapp
(z. B. 914–1220
mm (3–4
Fuß) zwischen den
beiden Elementen und verschwendet daher wenig Material.
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Die Fähigkeit, auf diese Weise die
einzelnen Litzen zu verspleißen,
ermöglicht
es, die Flechteraustauschtechnik zu eliminieren, die zuvor bei der Herstellung
eines geflochtenen Seils verwendet wurde. Bei der Verwendung von
geflochtenen Litzen gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Flechtmaschine dann, wenn eine Spule im Begriff
ist leerzulaufen, einfach kurzzeitig angehalten werden, das Ende der
Litze auf der alten Spule kann mit einer neuen verspleißt werden
(z. B. an dem bei 30 in 5 angedeuteten
Punkt) und dann kann die neue Spule an ihrer Position angebracht
werden und die Maschine erneut gestartet werden. Zusätzlich zur
Eliminierung des schwachen und verschwenderischen herkömmlichen
Flechteraustauschs ist die bei der vorliegenden Erfindung verwendete
Litzenverspleißung
sehr viel leichter und schneller auszuführen und vermeidet das Problem,
zu versuchen die Spulen in die Mitte des Flechtmaschinentischs einzusetzen,
wenn Litzen mit großem
Durchmesser verwendet werden.
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Weiterhin ermöglicht es die Fähigkeit,
die einzelnen geflochtenen Garne zu verspleißen, Abschnitte, Ausfransungen
und andere Schäden,
die beim Betrieb auftreten, unter Verwendung von unmittelbar zur
Verfügung
stehenden Werkzeugen und Fertigkeiten zu reparieren. Die Fähigkeit,
auf diese Weise mehrere Tausend Dollar teure Seile zu reparieren,
die ansonsten weggeworfen werden müssten, stellt enorme Einsparungen
für die
Kunden dar.
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Obwohl die Erfindung hierin unter
Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben worden
ist, in der zwei Flechtschritte vorhanden sind, versteht es sich,
dass in einigen Ausführungsformen
zusätzliche
Flechtschritte vorhanden sein können,
abhängig
von der letztendlichen Größe des Seils,
der Art des verwendeten Materials und anderen Konstruktionsüberlegungen,
z. B. können
bei einigen Ausführungsformen
die Garne mit kleinerem Durchmesser zusammengeflochten sein, um
primäre Litzen
zu bilden, die dann zu sekundären
Litzen geflochten werden, bevor sie zusammengeflochten werden, um
das Seil zu bilden.