Seil

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Seil aus einem textilen Fasermaterial.

Im Bereich der Land- und Forstwirtschaft und der Bau- und Transportwirtschaft werden für Seilgeräte, z.B. Seilmastgeräte oder Winden, zumeist Stahlseile als Zugseile, Tragseile u.dgl. eingesetzt.

An Seile in diesem Anwendungsbereich werden insbesondere hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Zugfestigkeit und ihrer Abrasionsbeständigkeit gelegt, da die Seile z.B. am Waldboden und über Baumstämme geführt werden.

Wünschenswert ist auch eine einfache Bestimmbarkeit der Ablegereife, d.h. jenes Zeitpunktes, an welchem das Seil aufgrund zu großer Beschädigungen durch den laufenden Betrieb präventiv ersetzt werden muss.

Aus den obigen Gründen sind derzeit, wie bereits eingangs erwähnt, hauptsächlich Stahlseile für die genannten Zwecke in Verwendung, da sie einerseits eine hohe Zugfestigkeit aufweisen und andererseits auch sehr abriebbeständig sind.

Der Nachteil von Stahlseilen liegt jedoch in ihrem großen Gewicht. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn die Seile, z.B. beim Aufstellen von Kippmastgeräten, von Hand eingezogen werden müssen.

Es wurde daher bereits versucht, Seile aus einem textilen Fasermaterial im Bereich der Land- und Forstwirtschaft einzusetzen. Bekannt sind mantellose Seile aus einem hochfesten textilen Fasermaterial (z.B. der Dyneema®-Faser, einem hochfesten und hochmodularen Polyethylen (HMPE)-Fasermaterial) .

Wenn aber ein Seil aus einem textilen Fasermaterial gleich hohe Zugfestigkeiten wie ein Stahlseil erreichen soll, müssen die Einzelfasern möglichst weitgehend in Seilrichtung ausgerichtet werden, d.h. es müssen Zwirne bzw. Litzen mit geringer Drehung bzw. großer Schlaglänge eingesetzt werden. Dies geht jedoch auf Kosten der Abrasionsbeständigkeit. Zudem ist es schwierig, bei solchen Seilen die Ablegereife zu bestimmen.

Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein Seil aus einem textilen Fasermaterial zur Verfügung zu stellen, welches sich insbesondere zur Anwendung für Seilgeräte aller Art, insbesondere Winden, eignet und die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Seil aus textilem Fasermaterial, welches in an sich bekannter Weise in einer Kern/Mantel-Konstruktion vorliegt, gelöst, welches Seil dadurch gekennzeichnet ist, dass die spezifische Festigkeit des Seils F ₃ (in [daN/g Kern/m Seil]) in Abhängigkeit vom Durchmesser des Seils DM (in [mm]) folgender Formel genügt:

F ₅ > 212 - DM.

Seile aus einem textilen Fasermaterial, welche in einer Kern/Mantel-Konstruktion vorliegen, sind an sich bekannt. Ein solches Seil besteht aus einem oder mehreren beispielsweise geflochtenen oder geschlagenen Kern(en) aus textilem Fasermaterial, welche(r) von einem textilen Fasermaterial als Mantel umhüllt, z.B . umflochten ist bzw. sind.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung steht im folgenden der Begriff „Kern" sowohl für einen einzigen Kern als auch für eine Mehrzahl von in einem Seil vorhandenen Kernen.

Seile mit einer Kern/Mantel-Konstruktion sind zwar für viele Gebiete, wie z.B. im Bereich des Bergsportes oder der Nautik, gebräuchlich, wurden aber für den Bereich von Seilgeräten in der Land- und Forstwirtschaft bislang nicht vorgeschlagen. Dafür gibt es verschiedene Gründe:

Zum einen wirken im gegenständlichen Anwendungsbereich wesentlich höhere Zugbelastungen, die über den Mantel auf den Kern übertragen werden müssen. Selbst geringfügige Verschiebungen zwischen Kern und Mantel führen zu einer schlechten Kraftübertragung und zum Aufschieben des Mantels. Dadurch wird das Seil für Abrasion anfallig und weist zudem an der entsprechenden Stelle eine Verdickung auf, die noch stärker beansprucht wird. All dies führt schlussendlich zur Zerstörung des Seils.

Die Erfindung stellt nun erstmals ein textiles Seil mit Kern-/Mantelstruktur zur Verfügung, welches ähnlich gute Zugfestigkeiten und Abrasionsbeständigkeit wie ein Stahlseil vergleichbarer Dicke aufweist.

Der Durchmesser DM des erfindungsgemäßen Seils beträgt dabei bevorzugt 4 bis 60 mm, bevorzugt 4 bis 40 mm, insbesondere bevorzugt 4 bis 26 mm.

Bevorzugt ist der Kern des erfindungsgemäßen Seiles in einem Ausmaß von mehr als 5%, bevorzugt 5,5% bis 20%, besonders bevorzugt 6% bis 15% der Höchstzugskraft des Kerns, verstreckt. Der Kern von herkömmlichen Seilen mit einer Kern-/Mantel-Konstruktion ist üblicherweise nur bis zu einem Bereich von bis zu 5% der Höchstzugskraft verstreckt.

Es hat sich dabei als günstig erwiesen, wenn die Verstreckung des Kerns einer bei gegenüber Raumtemperatur erhöhten Temperatur, insbesondere bei einer Umgebungstemperatur bis hin zum Schmelzbereich bzw. Zersetzungsbereich des jeweils als Fasermaterial des Kerns verwendeten Polymers durchgeführt wird. Die für das jeweilige Fasermaterial des Kerns geeigneten Temperaturbereiche kann der Fachmann im Rahmen seines Fachwissens ermitteln. Bei Kernen aus einem HMPE-Fasermaterial (z.B. Dyneema®-Fasern) ist eine Umgebungstemperatur von 50°C bis 140 ⁰ C, bevorzugt von 90°C bis 120°C, bevorzugt.

Der Durchmesser eines erfmdungsgemäß bevorzugt hoch verstreckten Kerns ist gegenüber weniger verstreckten Kernen verkleinert. Dadurch wird ermöglicht, trotz Aufbringung eines Mantels auf den Kern ein Seil zu erhalten, welches nicht wesentlich dicker ist als ein Stahlseil gleicher Zugfestigkeit. Gleichzeitig gewährleistet der Mantel gegenüber einem ausschließlich aus einem Kern aus hochfesten Fasern bestehenden Seil einen Schutz des Kerns und eine verbesserte Abriebbeständigkeit.

Aufgrund der erfindungsgemäß bevorzugten hohen Verstreckung des Kerns des Seils tritt außerdem bei der Anwendung des Seiles keine weitere Durchmesserverringerang des Kerns auf. Dadurch kann eine Verschiebung zwischen Mantel und Kern weitgehend unterbunden werden.

Bevorzugt ist das Fasermaterial des Kerns aus der Gruppe bestehend aus hochfesten Fasern, insbesondere hochfesten Hochmodul-Polyethylenfasern, Aramidfasern, Flüssigkristallin(LC-)Polyesterfasern, Polybenzoxazolfasern sowie Mischungen daraus ausgewählt.

Hochfeste Hochmodul-Polyethylenfasern sind unter der Markenbezeichnung Dyneema® kommerziell erhältlich. LC-Polyesterfasern sind unter dem Markennamen Vectran® kommerziell erhältlich.

Ebenfalls bevorzugt ist das Fasermaterial des Mantels aus der Gruppe bestehend aus hochabriebfesten Fasern, insbesondere hochfesten Hochmodul-Polyethylenfasern,

Flüssigkristallin(LC-)Polyesterfasern, sonstigen abriebfesten Polyesterfasern, Polyamidfasern und Mischungen daraus ausgewählt.

Das erfindungsgemäße Seil weist bevorzugt Mittel zur Erhöhung der Haftung zwischen Kern und Mantel des Seils auf.

Dazu kann zumindest ein Teil der Oberfläche des Kerns mit einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stapelfasergarnen und texturierten Multifilamentgarnen umhüllt sein. Diese Umhüllung kann beispielsweise in an sich bekannter Weise in Form einer Bewehrung, einer Umflechtung oder in Form von mit dem Kern mitgeflochtenen und zumindest teilweise an dessen Oberfläche liegenden Fasern mit erhöhter Haftung vorliegen.

Als Material für die Umhüllung eignen sich insbesondere Polyamid, Polyester, Polyacrylat, Polypropylen, Polyethylen sowie Mischungen daraus.

Zur Erhöhung der Haftung zwischen Kern und Mantel können zwischen diesen Komponenten Vernähungen vorgesehen werden.

Alternativ oder zusätzlich zu den bereits erwähnten Möglichkeiten der Haftungserhöhung zwischen Kern und Mantel kann zumindest ein Teil der Oberfläche des Kerns mit einer haftungserhöhenden Substanz beschichtet sein.

Auch der Mantel selbst bzw. die den Mantel bildenden Seilelemente wie z.B. Garne oder Zwirne kann/können mit einer haftungserhöhenden Substanz beschichtet sein.

Das erfindungsgemäße Seil bietet mehrere Möglichkeiten zur Feststellung von Schäden, aufgrund welcher das Seil als ablegereif angesehen muss:

So können anhand einer überprüfung des Zustandes des Mantels Schäden am Seil einfach festgestellt werden: Sobald Teile des Kernes sichtbar werden, muss das Seil ersetzt werden.

Indizien für eine Ermüdung des Kernes eines Seiles sind einerseits eine Verdünnung des Seiles bzw. andererseits eine Verlängung des Seiles.

Beim erfindungsgemäßen Seil geht eine Verdünnung des Seiles mit einer Lockerung des Mantels einher, welche manuell festgestellt werden kann.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Seiles weist der Mantel Markierungen auf, anhand welcher eine Verlängung des Seiles und/oder eine Verdrehung des Seiles feststellbar ist.

Die Markierungen können beispielsweise fix beabstandet sein. Wenn der Mantel fix beabstandete Markierungen (z.B. einzelne anders gefärbte Flechtrauten in einem fixen Abstand von jeweils z.B. 10 cm) enthält, so kann vor Benutzung des Seiles überprüft werden, ob sich dieser Abstand geändert, insbesondere verlängert hat, was auf eine Verlängung des Seiles und daher auf eine Ablegereife hindeutet.

Ebenso ist mit einem Muster von Markierungen (z.B. Streifenmuster oder sonstige Markierungen in Längsrichtung des Seiles) feststellbar, ob sich das Seil beim Gebrauch verdreht hat, was anhand einer Verzerrung des ursprünglichen Musters feststellbar ist. Eine Verdrehung des Seiles ist ungünstig und verringert die Zugfestigkeit des Seiles signifikant. Daher ist ein Zurückdrehen in die ursprüngliche, d.h. verdrehungsfreie Form des Seiles notewendig.

Das erfindungsgemäße Seil eignet sich besonders zum Einsatz in Seilgeräten, insbesondere im Bereich der Land- und Forstwirtschaft und der Bau- und Transportwirtschaft. Mit dem erfindungsgemäßen Seil kann erstmals eine gleichwertige Alternative zu Stahlseilen, allerdings bei viel geringerem Gewicht (ein erfindungsgemäßes Seil hat typischerweise ein Gewicht von lediglich etwa 20% des Gewichts eines vergleichbaren Stahlseils) zur Verfügung gestellt werden.

Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Seil als Tragseil, Abspannseil, Zugseil, Hubseil, Rückholseil oder Rückeseil in Seilgeräten, Mastseilgeräten und Winden gemäß den beispielsweise in den ö-Normen L 5219 und L 5276 hinsichtlich mobiler Seilgeräte zur Holzbringung bzw. Rückewinden für die Land- und Forstwirtschaft verwendeten Definitionen.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Seils umfasst die Herstellung eines Seilkerns aus textilem Fasermaterial und das Umhüllen des Seilkerns mit einem Mantel aus textilem Fasermaterial und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Seilkern vor dem Umhüllen mifdem Mantel in einem Ausmaß von mehr als 5%, bevorzugt 5,5% bis 20%, besonders bevorzugt 6% bis 15% der Höchstzugkraft des Kerns verstreckt wird.

Die Verstreckung des Kerns kann bevorzugt bei einer gegenüber Raumtemperatur erhöhten Temperatur, insbesondere einer Umgebungstemperatur bis hin zum Schmelzbereich bzw. Zersetzungsbereich des jeweils als Fasermaterial des Kerns verwendeten Polymers durchgeführt werden.

Wenn das Fasermaterial des Kernes aus hochfesten Hochmodul (HMPE-)Polyethylenfasern besteht, kann die Verstreckung des Kerns bevorzugt bei einer Umgebungstemperatur von 50°C bis 140°C, insbesondere bevorzugt 9O ⁰ C bis 120°C, durchgeführt werden.

Beispiele:

Beispiel 1 - Vergleichsbeispiel:

Es wurde ein Seil, das lediglich aus einem Kern aus Dyneema®-Fasern besteht, getestet.

Beispiel 2 — erfindungsgemäß

Ein Chokerseil mit einem Kern aus Dyneema®-Fasern, einer Umhüllung (Zwischenmantel aus Polyesterfasern) und einem Mantel aus Dyneema®-Fasern wurde gemäß folgender Konstruktion hergestellt:

Kern: Dyneema® SK75; 12er Geflecht: dtex 1760x15/20S - 2-fach x 6 dtex 1760x15/20Z - 2-fach x 6

Der Kern wurde bei 100 ⁰ C in einem Ausmaß von 5,5% der Höchstzugkraft verstreckt.

Zwischenmantel: Polyester-Stapelfasergarn; 16er Geflecht: Nm 5,3 - 3-fach x 16

Mantel: Dyneema® SK 75; 32er Geflecht: dtex 1760x3/100S - 2-fach x 16 dtex 1760x3/100Z - 2-fach x 16

Beispiel 3 - erfindungsgemäß

Ein Chokerseil mit einem Kern aus Dyneema®-Fasern, einer Umhüllung (Zwischenmantel aus Polyesterfasern) und einem Mantel aus Vectran®-Fasern wurde gemäß folgender Konstruktion hergestellt:

Kern: Dyneema® SK75; 12er Geflecht: dtex 1760x15/20S - 2-fach x 6 dtex 1760x15/20Z - 2-fach x 6

Der Kern wurde bei 100 ⁰ C in einem Ausmaß von 5,5% der Höchstzugkraft verstreckt.

Zwischenmantel: Polyester-Stapelfasergarn; 16er Geflecht: Nm 5,3 - 3-fach x 16

Mantel: Vectran®; 32er Geflecht: dtex 1670x5/70S - 2-fach x 16 dtex 1670x4/70Z - 2-fach x 16

Beispiel 4 - erfindungsgemäß

Es wurde ein Abspannseil mit einem Kern aus Dyneema®-Fasern und einem Mantel aus Polyesterfasern gemäß folgender Konstruktion hergestellt:

Kern: Dyneema® SK75; 12er Geflecht: dtex 1760x11/20S - xlO/lOZ x 6 dtex 1760x11/20Z - xlO/10S x 6

Der Kern wurde bei 120°C in einem Ausmaß von 10% der Höchstzugkraft verstreckt.

Mantel: Polyester-Multifilamentgarn; 32er Geflecht: dtex 1100xl2/70S - 3-fach x 16 dtex 1100x12/70Z - 3-fach x 16

Beispiel 5 - erfmdungsgemäß

Es wurde ein Montageseil mit einem Kern aus Dyneema®, einer auf den Kern aufgebrachten haftungserhöhenden Imprägnierung und einem Mantel aus Polyesterfasern gemäß folgender Konstruktion hergestellt:

Kern: Dyneema® SK75; 12er Geflecht: dtex 1760x7/20S - 1-fach x 6 dtex 1700x7/20Z- 1-fachx 6

Der Kern wurde bei 110 ⁰ C in einem Ausmaß von 5,5% der Höchstzugkraft verstreckt.

Der Kern wurde außerdem unmittelbar vor dem Umflechten mit dem Mantel mit einer Imprägnierung auf Polyurethan-Basis imprägniert.

Mantel: Polyester-Multifilamentgarn; 32er Geflecht: dtex 1100xl2/70S - 3-fach x 16 dtex 1100xl2/70Z - 3-fach x 16

Bei den in den Beispielen 1 bis 5 hergestellten Seile wurde die Höchstzugkraft (HZK) gemessen und mit dem jeweiligen Durchmesser des Seiles bzw. dem jeweiligen Kerngewicht korreliert.

Die Ergebnisse dieser Tests sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst:

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass sämtliche erfmdungsgemäßen Seile (Beispiele 2 bis 5) eine deutlich höhere spezifische Festigkeit als ein ausschließlich aus einem Kern aus Dyneema®-Fasern bestehendes Seil aufweisen.