Die vorliegende Erfindung betrifft ein Seil, insbesondere für die Verwendung in einer Lastanwendung, wie beispielsweise für die Verwendung in einem Seilaufzug, welches Kohlenstoff enthaltende und von einer Matrix aus Polymermaterial umgebene Filamente umfasst, sowie ein Lastzugsystem mit einem solchem Seil und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Seils.

Es ist bekannt, in Seilen zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Seils Kohlenstoff enthaltende Filamente vorzusehen und diese in einer Matrix aus Polymermaterial einzubetten.

Allerdings weisen die bekannten, Filamente auf Kohlenstoffbasis enthaltenden Seile eine verhältnismäßig geringe Verschleißbeständigkeit und eine entsprechend geringe Lebensdauer auf. Die vergleichsweise geringe Verschleißbeständigkeit dieser Seile liegt insbesondere darin begründet, dass sich die einzelnen Filamente während einer Belastung des Seils relativ zueinander bewegen und dabei aneinander reiben, wodurch Beschädigungen, wie beispielsweise Risse, an der Umfangsfläche der Fasern entstehen können, welche die Zugfestigkeit der einzelnen Filamente verringern oder gar zu einem Reißen einzelner Filamente führen können.

Desweiteren weisen die bekannten Seile der vorstehenden Art den Nachteil auf, dass diese eine vergleichsweise geringe Flexibilität quer zu der Längsrichtung des Seils und infolge dessen eine geringe Krümmbarkeit aufweisen. Daher unterliegen diese Seile beispielsweise bei der Verwendung in einem Lastaufzug, in dem diese über eine oder mehrere Umlenkrollen geführt werden, einem erhöhten Verschleiß, wenn diese nicht mit einem verhältnismäßig großen Krümmungsradius über die Umlenkrolle(n) geführt werden.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Seiles, welches sich durch eine verbesserte Stabilität, durch eine bessere Verschleißbeständigkeit, durch eine erhöhte Lebensdauer und eine erhöhte Flexibilität auszeichnet, sowie in der Bereitstellung eines Lastzugsystems mit einem derartigen Seil sowie eines Verfahrens zur Herstellung eines derartigen Seils.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Seil gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst und insbesondere durch ein Seil, das Kohlenstoff enthaltende Filamente umfasst, welche jeweils von einer Schlichte ummantelt sind, wobei die von der Schlichte ummantelten Filamente von einer Matrix umgeben sind, wobei die Matrix aus einem wenigstens ein Elastomer und/oder wenigstens ein thermoplastisches Elastomer enthaltendem Material zusammengesetzt ist.

Indem die Filamente auf Kohlenstoffbasis erfindungsgemäß jeweils von einer Schlichte ummantelt sind, wird gewährleistet, dass die einzelnen Filamente fest und dauerhaft an dem diese umgebenden Matrixmaterial haften. Mithin wirken die Ummantelungen der einzelnen Filamente aus Schlichte als Haftvermittler zwischen dem jeweiligen Filament und der dieses umgebenden Matrix. Dabei trennt die Matrix die einzelnen jeweils von der Schlichte ummantelten Filamente voneinander. Weil die Matrix aus einem wenigstens ein Elastomer und/oder wenigstens ein thermoplastisches Elastomer enthaltenden Material zusammengesetzt ist, ist diese elastisch und kann etwaige Spannungen im dem Seil aufnehmen. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die einzelnen Filamente in dem Seil, auch wenn auf das Seil infolge einer Lastanlegung eine große Zugkraft einwirkt, relativ zueinander bewegen können, ohne dass sich die einzelnen Filamente direkt berühren und infolge dessen aneinander reiben. Aufgrund dessen weist das Seil eine hohe und dauerhafte Verschleißfestigkeit auf. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn das Seil mit angelegter Last über eine Umlenkeinrichtung, wie beispielsweise eine Umlenkrolle, geführt wird. Dabei treten zwangsläufig große Relativbewegungen der in der an der Umlenkrolle anliegenden Seite des Seils vorliegenden Filamente zu den in dem Seil weiter außen gelegenen Filamenten auf. Aus den vorstehenden Gründen wird auch in diesem Fall aufgrund der elastischen Eigenschaften der die Filamente umgebenden Matrix und aufgrund der festen Haftung der Filamente an dem Matrixmaterial infolge der Ummantelung aus Schlichte ein zu Verschleiß führendes Aneinanderreihen der einzelnen Filamente zuverlässig verhindert. Auf- grund dessen zeichnet sich das erfindungsgemäße Seil auch durch eine erhöhte Flexibilität und eine erhöhte Krümmbarkeit aus, weswegen dieses beispielsweise auch an Umlenkrollen mit vergleichsweise kleinem Radius gleichmäßig anliegen kann, ohne bei Belastung beschädigt zu werden. Grundsätzlich kann als Schlichte jedes Material eingesetzt werden, welches eine gute Haftvermittlung von Filamenten auf Kohlenstoffbasis an ein Elastomer bzw. ein thermoplastisches Elastomer gewährleistet, d.h. welches sowohl eine gute Haftung an Filamenten auf Kohlenstoffbasis als auch eine gute Haftung an E- lastomer bzw. thermoplastischem Elastomer aufweist. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn die Schlichte wenigstens ein Material enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Polyurethanen, thermoplastischen Elastomeren, Polyestern, Kautschuken, Kautschukderivaten und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorstehenden Verbindungen besteht. Vorzugsweise besteht die Schlichte aus einem der vorstehenden Materialien.

Als Matrixmaterial kann prinzipiell jedes Elastomer und/oder thermoplatisches Elastomer eingesetzt werden. Besonders geeignete Beispiele für Elastomer schließen Materialien ein, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken, Chloroprenkautschuken, Chlorsulfonyl- Polyethylen-Kautschuken, Ethylenvinylacetatkautschuken, Butylkautschuken, Acrylnitril-Butadien-Kautschuken, Naturkautschuk, Styrolbutadienkautschuken, Acrylkautschuken, Fluorkautschuken, Silikonkautschuken, Polyolefinkautschuken und beliebigen Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen besteht, wobei die Matrix vorzugsweise aus einem oder mehreren der vorstehen- den Materialien besteht. Diese Materialien weisen gute Elastizitätseigenschaften auf und können zudem nach Haftvermittlung durch Schlichte fest und dauerhaft an Filamenten auf Kohlenstoffbasis haften.

Geeignete Beispiele für in der Matrix einzusetzende thermoplastische Elastome- re schließen Materialien ein, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Styrol-Blockcopolymeren, Styrol-Dien-Blockcopolymeren, Mischungen aus Ethy- len-Propylen-Dien-Kautschuken sowie Polypropylen, thermoplastischen Elastomeren auf Urethanbasis, thermoplastischen Elastomeren auf Copolyesterbasis, thermoplastischen Elastomeren auf Copolyamidbasis und beliebigen Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen besteht, wobei die Matrix vorzugsweise aus einem oder mehreren der vorstehenden Materialien besteht. Auch diese Materialien weisen gute Elastizitätseigenschaften auf und können zudem nach Haftvermittlung durch Schlichte fest und dauerhaft an Filamenten auf Kohlenstoffbasis haften.

Wie dargelegt, können beispielsweise thermoplastische Elastomere sowohl als Matrixmaterial als auch als Schlichtematerial eingesetzt werden. Erfindungsgemäß sind jedoch die Schlichte und die Matrix aus zwei verschiedenen Materialien zusammengesetzt, also in dem Fall von jeweils thermoplastischen Elastomeren aus zwei verschiedenen thermoplastischen Elastomeren.

Um eine besonders hohe Verschleißfestigkeit des Seils zu erreichen, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass wenigstens 50 %, bevorzugt wenigstens 80 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 % und ganz besonders bevorzugt 100 % der von Schlichte ummantelten Filamente jeweils von dem Matrixmaterial vollständig umschlossen sind. Dadurch werden die einzelnen Filamente über ihre gesamte Umfangsfläche und ihre gesamte Länge durch das Matrixmaterial voneinander getrennt, so dass ein Aneinanderreihen der einzelnen Filamente über deren gesamte Fläche zuverlässig verhindert wird. Vollständig umschlossen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Außenumfangsfläche jedes mit Schlichte beschichteten Filaments zu wenigstens 80 %, bevorzugt zu wenigstens 90 %, besonders bevorzugt zu wenigstens 95 %, ganz besonders bevorzugt zu wenigstens 98 % und höchst bevorzugt zu 100 % von Matrixmaterial umgeben ist.

Ferner ist es bevorzugt, dass die einzelnen Filamente in dem Matrixmaterial, bezogen auf den Querschnitt des Seils, zumindest annähernd gleichmäßig verteilt sind, so dass die einzelnen Filamente jeweils mit einer zumindest annähernd gleichen Menge von Matrixmaterial umgeben sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die von der Schlichte ummantelten Filamente jeweils zu wenigstens 93 Gew.-%, bevorzugt zu wenigstens 95 Gew.-%, besonders bevorzugt zu wenigstens 98 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt vollständig aus Kohlenstoff. Der- artige Filamente weisen eine besonders hohe Zugfestigkeit auf.

Zusätzlich zu den Filamenten auf Kohlenstoffbasis kann das Seil Fasern aus anderen Materialien enthalten, wie beispielsweise solche ausgewählt aus der aus Glasfasern, Aramidfasern, Metallfasern, Keramikfasern und beliebigen Kombinati- onen von zwei oder mehr der vorstehenden Fasertypen bestehenden Gruppe.

Allerdings ist es in diesem Fall bevorzugt, dass wenigstens 50 % der von der Matrix umgebenen Fasern Kohlenstofffasern sind.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass sich wenigstens 50 % der von der Schlichte ummantelten Filamente entlang der Längs- richtung des Seils erstrecken, wobei die maximale Abweichung der einzelnen Filamente von der Längsachse des Seils vorzugsweise maximal 15°, weiter bevorzugt maximal 10°, noch weiter bevorzugt maximal 5°, besonders bevorzugt maximal 2° und höchst bevorzugt 0° beträgt. Dadurch wird erreicht, dass die Fila- mente ihre maximale Zugfestigkeit aufweisen, ohne dass auf die einzelnen Fasern erhebliche Querkräfte wirken, wodurch die Zugfestigkeit und Robustheit des Seils erhöht wird. Besonders bevorzugt weisen wenigstens 80 %, noch weiter bevorzugt wenigstens 90 % und höchst bevorzugt alle Filamente eine solche Ausrichtung auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die von der Schlichte ummantelten Filamente jeweils über zumindest die Hälfte der Länge des Seils, bevorzugt über zumindest 75 % der Länge des Seils, besonders bevorzugt über zumindest 90 % der Länge des Seils und höchst bevorzugt über die gesamte Länge des Seils erstrecken. Um dies zu erreichen, können die einzelnen Filamente mehrere Dezimeter bis zu mehrere Meter lang sein.

Einzelne Filamente des erfindungsgemäßen Seils können miteinander verdrillt sein, was insbesondere dann bevorzugt ist, wenn die Seile bei ihrer Verwendung über Umlenkeinrichtungen, wie beispielsweise Umlenkrollen, geführt werden. Insbesondere in Seilen, welche bei ihrer Verwendung nicht über Umlenkeinrichtungen geführt werden, können die einzelnen Filamente auch unverdrillt sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Seil einen flachen Querschnitt auf. Unter flachem Querschnitt wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass das Seil ein Aspektverhältnis von größer als 1 aufweist. Aspektverhältnis bezeichnet in diesem Zusammenhang den Quotienten der maximalen Querschnittsausdehnung des Seils zu der maxima- len Ausdehnung des Querschnitts des Seils in einer Richtung, welche zu der Rieh- tung der maximalen Querschnittsausdehnung senkrecht ist. Durch den flachen Querschnitt erhöht sich die Krümmbarkeit des Seils in der Höhenrichtung noch weiter. Besonders gute Ergebnisse werden diesbezüglich erreicht, wenn das Aspektverhältnis größer als 2 und besonders bevorzugt größer als 4 beträgt.

Um eine Anlegung des Seils an eine Umlenkeinrichtung, beispielsweise an eine Umlenkrolle, zu erleichtern, ist es ferner bevorzugt, dass der Querschnitt des Seils konvex ist. Beispielsweise kann das Seil eine Flachseite mit einer glatten Oberfläche aufweisen, die konvex gekrümmt ist und keine rechtwinkligen oder spitzwinkli- gen Kanten aufweist, und die sich vorzugsweise zumindest annähernd über die gesamte Breite des Seils erstreckt.

Zudem kann das Seil in Längsrichtung des Seils verlaufende Rundkanten aufweisen und/oder eine oder mehrere in Längsrichtung des Seils verlaufende Füh- rungsnute(n) aufweisen. Eine solche Führungsnut kann sich beispielsweise am Rand einer wie oben beschriebenen Oberfläche befinden und zum Festlegen des Seils an einer entsprechend ausgestalteten Umlenkrolle ausgebildet sein.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass die von der Schlichte ummantelten Filamente als Gewebe ausgebildet sind. In diesem Fall ist der Kettanteil des Gewebes vorzugsweise höher als dessen Schussanteil.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Seil, bezogen auf seinen Querschnitt, mehrere übereinander angeord- nete Schichten auf, wobei jede Schicht mehrere der Kohlenstoff enthaltenden

Filamente umfasst. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die einzelnen Schichten voneinander verschiedene Elastizitäten aufweisen, wobei die Elastizitäten der einzelnen Schichten von einer Seite des Seils zu der gegenüberliegenden Seite des Seils besonders bevorzugt sukzessive zunehmen. Bei der Verwendung eines solchen Seils mit einer Umlenkeinrichtung, wie beispielsweise einer Umlenkrolle, weist vorzugsweise die Seite des Seils, mit der das Seil auf der Umlenkeinrichtung aufliegt, eine geringere Elastizität auf als die dieser gegenüberliegende Seite des Seils. Dadurch wird eine gute Krümmbarkeit des Seils in Richtung der Umlenkung und eine enge Anlage des Seils an die Umlenkeinrichtung bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit und Stabilität des Seils erreicht. Eine solche Variation der Elastizität kann beispielsweise erreicht werden, indem in den einzelnen Schichten eine jeweils verschiedene Anzahl von Filamenten pro Querschnittsfläche und/oder in den einzelnen Schichten Filamente mit verschiedener Dicke oder Beschaffenheiten vorgesehen wird/werden.

Um das Seil gegen äußere mechanische Einflüsse zu schützen, kann das erfindungsgemäße Seil eine die Matrix einschließende Ummantelung aufweisen, welche vorzugsweise einen Kunststoff und wenigstens einen Zuschlagsstoff, welcher vorzugsweise ein Metall ist, aufweist oder daraus besteht.

Außerdem kann das Seil einen Kantenschutz, welcher vorzugsweise ein Gewebe aus Metall umfasst, aufweisen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Lastzugsystem, welches ein zuvor beschriebenes Seil aufweist. Bei dem Lastzugsystem kann es sich insbesondere um einen Seilaufzug handeln, wobei das Seil an einem Ende mit einer Last, beispielsweise einer Aufzugkabine, verbunden sein kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Lastzugsystem wenigstens eine Umlenkeinrichtung, über welche das Seil geführt wird. Dabei kann die wenigstens eine Umlenkeinrichtung beispielsweise eine Umlenkrolle sein. Insbesondere bei der vorstehenden Ausführungsform weist das Seil bevorzugt eine Flachseite auf und liegt mit der Flachseite auf der Oberfläche der Umlenkeinrichtung auf. Bei der vorstehenden Ausführungsform ist es zudem bevorzugt, dass das Seil, bezogen auf seinen Querschnitt, wenigstens zwei übereinander angeordnete Schichten jeweils unterschiedlicher Elastizität aufweist, wobei die der Umlenkeinrichtung abgewandte Schicht eine höhere Elastizität aufweist als die der Umlenkeinrichtung zugewandte Schicht. Hierdurch kann, wie vorstehend erwähnt, eine gute Krümmbarkeit des Seils in Richtung der Umlenkung und eine enge Anlage des Seils an der Umlenkeinrichtung bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit und Stabilität des Seils erreicht werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines vorstehend be- schriebenen Seils oder eines beschriebenen Lastzugsystems zum Ziehen einer Last.

Bei der Verwendung können die einzelnen Filamente des Seils unverdrillt sein, was insbesondere bevorzugt ist, wenn die Last mit dem Seil gezogen wird, ohne dass das Seil zwischen der Last und dem dieser gegenüberliegenden Ende umgelenkt wird.

Wenn das Seil bei dessen Verwendung über wenigstens eine Umlenkeinrichtung, beispielsweise über wenigstens eine Umlenkrolle geführt wird, ist es hingegen bevorzugt, dass einzelne Filamente des Seils miteinander verdrillt sind.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Seils, bei dem wenigstens zwei Kohlenstoff enthaltende Filamente jeweils mit einer Schlichte ummantelt werden und die von der Schlichte ummantelten Filamente anschließend mit einem wenigstens ein Elasto- mer und/oder wenigstens ein thermoplastisches Elastomer aufweisenden Matrixmaterial imprägniert werden.

Vorzugsweise liegen die Filamente nach dem Auftrag der Schlichte und/oder vor der Imprägnierung als lose Filamente bzw. Filamentbündel (Rovings) vor, damit die Imprägnierung besonders einfach in den Bereich zwischen den von der Schlichte ummantelten Filamenten eindringen kann. Die Filamente können hierzu nach dem Auftrag der Schlichte und vor der Imprägnierung getrocknet und/oder gehärtet werden. Hierzu können beispielsweise ein oder mehrere Roving(s) durch ein Bad aus dem Schlichtematerial gezogen werden, die so behandelten Filamente anschließend optional getrocknet werden und dann mit dem Matrixmaterial, beispielsweise durch Pultrusion, imprägniert werden.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils

gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 eine Vergrößerung des Ausschnitts A des in der Fig. 1 gezeigten Seils;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils

gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils

gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels und

Fig. 5 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels. In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Seil gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels dargestellt. Das Seil weist mehrere Kohlenstoff enthaltende Filamente 10 auf, welche jeweils von einer Schlichte 12 ummantelt sind, wobei die von der Schlichte 12 ummantelten Filamente 10 von einer Matrix 14 umgeben sind, die aus einem wenigstens ein Elastomer und/oder wenigstens ein thermoplastisches Elastomer enthaltendem Material zusammengesetzt ist. Bei den Filamenten 10 handelt es sich um aus 100% Kohlenstoff bestehende Filamente. Das Seil weist einen konvexen Querschnitt und ein Aspektverhältnis, welches dem Quotienten aus der Breite B zu der Höhe H entspricht, von größer als 1 auf.

Die Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung des Ausschnitts A des Querschnitts des in der Fig. 1 dargestellten Seils. Zum Zwecke der Illustration ist in dieser Figur lediglich für zwei der von der Schlichte 12 ummantelten Filamente 10 die Erstreckung in Längsrichtung des Seils dargestellt.

Wie in der Fig. 2 gezeigt, verlaufen die Filamente 10 zumindest annähernd parallel zueinander in Längsrichtung des Seils, wobei die einzelnen Filamente 10 durch die Matrix 14 voneinander getrennt sind und jeweils vollständig von Matrixmaterial 14 umschlossen sind. Dabei sind die Filamente 10 relativ gleichmäßig in der Matrix 14 verteilt, so dass der Abstand d zwischen einzelnen Filamenten 10 und ihren nächstgelegenen Nachbarfilamenten 10 für alle Filamente 10 zumindest annähernd gleich ist. Durch das Umschließen der Filamente 10 mit der Matrix 14 und die durch die Schlichte 12 bewirkte gute Haftung des Matrixmaterials 14 auf den Filamenten 10 wird ein gegenseitiges Reiben der einzelnen Filamente 10 untereinander verhindert und durch die elastische Verformbarkeit der Matrix 14 zugleich eine Relativbeweglichkeit der einzelnen Filamente 10 zueinander gewährleistet, wodurch insgesamt eine hohe und dauerhafte Verschleißbeständigkeit des Seils erreicht wird. Die Fig. 3 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels, welches einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die einzelnen Ecken unter Ausbildung von vier Rund- kanten 16 abgerundet sind.

In der Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels dargestellt, welches zwei Führungsnuten 18 aufweist. Mit den Führungsnuten 18 kann das Seil in eine Füh- rungs- oder Umlenkeinrichtung passgenau eingreifen.

Die Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Seils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, welches über eine Umlenkrolle 20, welche auf einer Achse 22 gelagert ist, geführt wird. Das Seil weist, bezogen auf seinen Quer- schnitt, mehrere übereinander angeordnete Schichten 24a-d auf, wobei jede

Schicht 24a-d mehrere Kohlenstoff enthaltende Filamente 10 umfasst. Die Schichten 24a-d weisen unterschiedliche Elastizitäten auf, wobei die Elastizität von der Schicht 24a, die an der der Umlenkrolle 20 abgewandten Seite des Seils gelegen ist, zu der Schicht 24d, die an der der Umlenkrolle 20 zugewandten Seite des Seils gelegen ist, stufenweise abnimmt.

Bezugszeichenliste

10 Filament

12 Schlichte

14 Matrix

16 Rundkante

18 Führungsnut

20 Umlenkrolle

22 Achse einer Umlenkrolle

24a-d Schicht

B Breite

H Höhe

d Abstand