DE2222312A1

DE2222312A1 - Hochbelastbares kunststoffseil

Info

Publication number: DE2222312A1
Application number: DE19722222312
Authority: DE
Inventors: Hans Prof Dr Ahlborn; Joerg Dipl-Phys Dr Becht; Hans-Henning Dipl-Phys Kausch; Kurt Dipl-Ing Stade
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1972-05-06
Filing date: 1972-05-06
Publication date: 1973-11-22

Description

Hochbelastbares Kunststoffseil Vorliegende Erfindung betrifft ein hochbelastbares Kunststoffseil, das aus hauptsächlich tragenden Kunststoffäden mit Einlagerungen oder Umhüllungen aus fadenförmigen Materialien besteht.
Das große elastische Formänderungsvermögen der bekannten Kunststoffseile stellt insofern eine Gefahr dar, als beim Bruch dieser Seile infolge Überbelastung die Enden zurückschnellen, was u.a. in der Schiffahrt bereits zu schweren und sogar tödlichen Unfällen geführt hat.
Dieses Zurückschnellen ist dadurch bedingt, daß die für Seile verwendbare Kunststoffe eine große Bruchdehnung zeigen, d.h. sich'lgummiartigt' verhalten Eine überschlägige Rechnung zeigt, daß bei einer Reißfestigkeit 2 von etwa 65 kp/mm und Dehnung bis zu 35 %, wie sie verstreckte Monofile aus Polypropylen oder Niederdruckpolyäthylen aufweisen, die freien Enden eines gebrochenen Kunststoffseiles aufgrund der freigesetzten potentiellen Energie Geschwindigkeiten von etwa 400 bis 500 m/sec erreichen. Unter den beispielsweise in der Schiffahrt gegebenen Verhältnissen sind berlastungen der Seile nie völlig auszuschließen, weshalb ei von großer Bedeutung wäre, wenn Seile eingesetzt werden könnten, bei denen die Gefahr bzw die Energie beim Zurückschnellen der durch Brechen entstehenden Seilenden erheblich geringer wäre; solche für das Bedienungspersonal relativ "unfallsichere" gab es bisher noch nicht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, solche, nicht nur für die Schiffahrt, sondern auch für zahlreiche andere Fälle geeignete hochbelastbare und im beschriebenen Sinne "überlastbare" Kunststoffseile zu schaffen.
Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe durch ein Kunststoffseil mit Einlagerungen oder Umhüllungen gelöst werden kann, das dadurch gekennzeichnet ist, daß diese Einlagerungen oder Umhüllungen aus hochverstreckbaren, nicht oder nicht vollständig verstreckten Werkstoffen bestehen sowie in einer derartigen Menge und Anordnung vorgesehen sind, daß bei Überlastung des Kunststoffseiles in den überbelasteten Bereichen ein stufenweiser Abbau der potentiellen Energie der Kunststoffäden erfolgt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungart der Erfindung bestehen die tragenden Kunststoffäden aus verstreckten Monofilen, wie Polypropylen, Polyamid oder Niederdruckpolyäthylen. Die Einlagerungen oder Umhüllungen können erfindungsgemäß aus Metall oder Metallegierungen oder aus Kunststoff insbesondere aus abgestuften Anteilen von nicht vollverstreckten, gleichen oder verschiedenen Monofilen bestehen. Andererseits können jedoch die Einlagerungen und Umhüllungen erfindungsgemäß auch aus Aluminium, plastischen oder superplastischen Aluminiumlegierungen oder dergl. hergestellt werden0 In manchen Fällen ist es von Vorteil, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsart der Erfindung metallische Einlagerung oder Umhüllung vorgesehen sind und diese ebenso wie die Kunststoffäden des Seiles, jedoch stärker als diese, d.h. mit kleinerer Steigung gewendelt werden.
Die erfindungsgemäßen Kunststoffseile können auch als Sollbruc-hstelle üblicher Seile Verwendung finden.
Wie bereits angegeben, kann eine erhebliche Verbesserung des Bruchverhaltens im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffs eilen nicht nur durch Einlagerungen aus den genannten Kunststoffen, sondern auch durch - eingewebte oder als Seele eingefügte - Fäden oder Drähte aus Metall erreicht werden. Bei der Gewaltdehnung bzw. Überlastung des Seiles halten diese Metallfäden unter beträchtlicher plastischer Verformung wesentlich länger als die tragenden Kunststoffäden des Seiles. Durch plastische Verformung wird auch in diesem Fall bewirkt, daß - bei geeigneter Z mem ionierung, Anordnung und Verteilung der Einlagerungen - der überwiegende Anteil der potentiellen Energie der Kunststoffäden abgebaut wird. Zum anderen werden die Kunststoffäden jedoch nach dem Bruch der Aluminiumfäden daran gehindert, bis zu Ihrer vollständigen Entlastung zurückzufedern, da die Metallfäden dabei unter Druckspannung geraten. Es konnte gezeigt werden, daß bei etwa 20 % Aluminiumanteil, was nur zu einer Gewichtserhöhung - im Vergleich zu üblichen Kunststoff8 eilen ohne Einlagerungen - um etwa ein Drittel führt, die Entlastungsgeschwindigkeit am Ende des gebrochenen Seiles auf 55 m/sec nerabgesetzt wird.
Mit der Erfindung wird also auf einfache Weise und mit geringem Mehraufwand im Vergleich zu Seilen onne Einlagerungen eine erhebliche Minderung der Unfallgefahren sowie der Schäden beim Reißen des Seiles infolge berlastung erreicht Seilereitechnisch bereitet sowohl die Einlagerung von Kunststoffen als auch die Verwendung von Metalldrähten als Zusatzmaterialien zusammen mit tragenden Monofilen aus den genannten Kunststoffen keine Schwierigkeiten. Der wesentlich höhere Elastizitatsmodul von Metalldrähten führt lediglich zu einer geringfügig höheren Steifigkeit des Seiles.
Eine Wendelung der Metalldrähte ist deshalb vorteilhaft, weil bei normalen Gebrauch des Seiles dann nur eine vorberechnete geringe plastische Verformung erfolgen kann.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor Beispiel i Zur IIerstellung eines erfindungsgemäßen I(unststoffseiles (I) aus 66-Polyamid-Mõnofilen werden Monofile unterschiedlicher Verstreckung in folgenden Anteilen verwendet: Verstreckung: Anteil: 6-fach 6,5 5-fach 23,7 % 4-fach 9,1 % 3-fach 3,5 % 2,6-fach 2,2 °/0 Gegenüber einem Kunststoffseil (II), das zu 100 % aus 6-fach verstreckten Monofilen besteht, ist der E-Modul (im Bereich 15-prozentiger Dehnung der Monofile) um weniger als 6 % vermindert; die Festigkeit der Kunststoffseile (I) beträgt 86 % der Festigkeit des Seiles (II).
Diese Änderungen des E-Moduls und der Festigkeit sind geringfügig. Dafür vermindert sich jedoch die Kraft im Zeitpunkt des Reißens der letzten Faser des Seiles I auf 2,2 ) des Wertes, der bei - nahezu gleichzeitigem -Riß der Fasern des Seiles (II) vorliegt. Die Bruchdehnung erhöht sich von 20 % (Seil II) auf 200 % (Seil I).
Die Abstufung der einzelnen Komponenten ist so gewählt, daß der nach Ausfall der i. Komponente erforderliche Energiebetrag zur Verstreckung aller übrigen Komponenten bis zum Bruch der (i + 1) ten Komponente gerade etwas größer ist als der beim Bruch der i. Komponente freiwerdende Energiebetrag. Dadurch wird gewährleistet, daß keine Beschleunigung stattfindet und daß sich bis zum Bruch der letzten Komponente die Spannung nicht erhöht (während die Kraft sich entsprechend dem abnehmenden Querschnitt vermindert80 Entsprechend der geringen Kraft und Energie, die im Augenblick des Bruches auf die Seilenden wirkt bzw.
im Seil gespeichert ist, ist die Beschleunigung der Seilenden ebenfalls gering.
Beispiel 2 Ein Kunstseil (III) wird aus vollverstreckten Kunststoffäden mit einer Einlagerung von 15 Volumenprozent superplastischem Aluminium mit einem E-Modul von 2 7000 kp/mm2 hergestellt. Durch die behinderte Schrumpfung ist nur eine Rückfederung des Seiles von 3,6 a °,b zu erwarten (gegenüber 15 bis 20 % bei Seil IIX Die plastische Verformung der Aluminiumfäden vor deren Bruch sowie die Behinderung der Schrumpfung der Kunststoffäden setzen die freiwerdende Energie soweit herab, daß nur eine Endgeschwindigkeit der Seil enden von 55 m/sec (anstelle der 400 m/sec bei Seil II) erreicht wird.

Claims

Patentansprüche

1. Hochbelastbares Kunststoffseil, aufgebaut aus hauptsächlich tragenden Kunststoffäden und Einlagerungen und Umhüllungen aus fadenförmigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagerungen oder Umhüllungen aus hochverstreckbaren, jedoch nicht oder nicht vollständig verstreckten Werkstoffen bestehen sowie in einer derartigen Menge und Anordnung vorgesehen sind, daß bei Uberlastungen des Kunststoffteiles in den überbelasteten Bereichen ein stufenweiser Abbau der potentiellen Energie der Kunststoffäden erfolgt*

2. Kunststoffseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffäden aus verstreckten Monofilen, wie Polypropylen, Polyamid oder Niederdruckpolyäthylen, hergestellt sind.

3. Kunststoffseil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagerungen oder Umhüllungen aus Metall oder Metallegierungen oder aus Kunststoff, insbesondere aus abgestuften Anteilen von nicht vollverstreckten, gleichen oder verschiedenen Monofilen bestehen.

4. Kunststoffseil nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagerungen oder Umhüllungen aus Aluminium, plastischen oder superplastischen Aluminiumlegierungen und dergl. bestehen.

5. Kunststoffseil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch Cekennzeichnet, daß die Einlagerungen oder Umhüllungen aus Metallen bestehen und ebenso wie die Kunststoffäden des Seiles, jedoch stärker als diese, d.h. mit kleinerer Steigung als diese gewendelt sind.

60 Kunststoffseil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses als Sollbruchstelle eines üblichen Seiles verwendbar ist.

7. Kunststoffseil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieses als Abschleppseil, Schiffsseil oder dergl. verwendbar ist.