CN100373075C - 增强的电梯合成缆索和制作方法及具有这种缆索的电梯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有承载索股(4)的电梯的合成缆索或皮带，所述索股由多根合成纤维(5)构成并由护套(2)环围，其中合成纤维(5)由作为第一相(13)的合成的基物料和至少第二增强相(12)构成，所述第二增强相(12)具有高于合成的基物料的弹性模量，由坚硬的合成材料、刚性高于聚酰胺的聚合物、陶瓷、碳、玻璃、钢、钽、特殊的金属合金和/或金属间的相构成，从而提高合成纤维的弹性模量。本发明同时还涉及一种具有这种合成缆索或皮带的电梯和一种制备这种合成电梯缆索或皮带的方法。

Description

增强的电梯合成缆索和制作方法及具有这种缆索的电梯
技术领域
本发明涉及一种作为电梯承载装置的合成缆索或皮带、一种具有带承载的索股的合成缆索或皮带的电梯和一种制作具有承载索股的电梯的合成缆索或皮带的方法，其中所述索股由多根纤维构成并由护套环围。
背景技术
在电梯中常常采用主动轮，以便移动轿厢。在这样一种主动轮-电梯中，主动轮和轿厢例如通过一根缆索相互连接。驱动装置使主动轮转动。通过主动轮与缆索之间的摩擦连接使主动轮的转动被转换成轿厢的移动。其中缆索起着承载以及曳引装置组合的作用，同时主动轮起着动力传递装置的作用：
-就缆索起着的承载装置的作用而言，缆索对由轿厢的空载重量、电梯的有效载荷、一个选择性的配重和缆索的自重构成的电梯的工作重量进行承载。其中缆索主要被牵拉力加载。例如轿厢和配重沿重力方向悬挂在承载缆索上。
-就缆索起着曳引装置的作用而言，为实现轿厢的移动缆索被抵压在主动轮的驱动面上。其中缆索受到压紧应力和弯曲应力的作用。例如缆索被电梯的工作重力抵压在主动轮的圆周上，从而使缆索和主动轮处于摩擦连接状态。
-就主动轮起着的动力传递作用而言，主动轮将驱动装置的动力传递给缆索。其中重要的参数是材料特有的主动轮与缆索之间的摩擦系数和结构特有的缆索对主动轮的包角。
迄今在电梯结构中采用钢丝缆索。但钢丝缆索的采用伴随有一些缺点。由于钢丝缆索的自重很大，所以电梯设备的提升高度将受到限制。另外金属主动轮与钢丝缆索之间的摩擦系数很低，以致于必须通过采取诸如在主动轮上特殊的凹槽形状或特殊的凹槽衬等不同的措施或通过增大包角来提高摩擦系数。另外在驱动装置与轿厢之间的钢丝缆索起着声音传递桥的作用，因而将会降低乘行舒适度。为了缓解该不希望出现的效果，将需要采取昂贵的结构措施。另外钢丝缆索与塑料缆索相比只能承受低的弯曲周期次数，将受到锈蚀的作用并且必须周期地对其进行维护。
如US4887422、US4640179、US4624097、US4202164、US4022010和EP252830所述，塑料缆索通常由多根共同缠绕和/或共同封包的索股构成。
在US5556786和US2002/0000347中披露了对一种作为电梯的承载及曳引装置的合成缆索的应用，所述合成缆索与主动轮、轿厢和配重连接，其中缆索由承载的合成索股构成。在US5556789中，索股层被护套覆盖，所述护套的作用在于保证实现所需的与主动轮之间的摩擦系数并避免索股受到机械和化学损伤和受到紫外线的照射。仅由索股对负荷进行承载。虽然在US5566786中披露的合成缆索与钢丝缆索相比具有明显的优点，但也受到如US2002/0000347中所述的限制。
合成缆索具有非常好的纵向强度，但径向强度很差。合成缆索很难承受作用在其外表面的压力，所述压力将导致不希望出现的寿命的缩短。迄今采用的合成缆索的弹性模量对应于提升高度很大的电梯太小：特别是当缆索的长度超过一定极限时，缆索将出现不希望出现的抻长并且在处于移动状态的电梯内的乘客将感到另人不舒服的振动。
在US2002/0000347中披露了一种作为承载-及曳引装置的皮带。
发明内容
本发明的目的在于提出一种作为电梯的承载及曳引装置的合成缆索或皮带，所述合成缆索或皮带克服了上述的缺点并提高了乘行舒适度和安全。特别是克服了下述缺点：不希望出现的缆索寿命的缩短、缆索的模量过小、不希望出现的缆索的抻长和电梯移动时出现另人不舒服的振动。
所述目的的实现方案如下：
一种具有承载索股的电梯的合成缆索或皮带，所述索股由多根合成纤维构成并由护套环围，其中合成纤维由作为第一相的合成的基物料和至少第二增强相构成，所述第二增强相具有高于合成的基物料的弹性模量，由坚硬的合成材料、刚性高于聚酰胺的聚合物、陶瓷、碳、玻璃、钢、钽、特殊的金属合金和/或金属间的相构成，从而提高合成纤维的弹性模量。
一种具有带承载的索股的合成缆索或皮带的电梯，所述索股由多根合成纤维构成并被护套环围，其中合成纤维由作为第一相的合成的基物料和至少第二增强相构成，所述第二增强相具有高于合成的基物料的弹性模量，由坚硬的合成材料、刚性高于聚酰胺的聚合物、陶瓷、碳、玻璃、钢、钽、特殊的金属合金和/或金属间的相构成，从而提高合成纤维的弹性模量。
一种制作具有承载索股的电梯的合成缆索或皮带的方法，所述索股由多根合成纤维构成并由护套环围，其中对作为第一相的合成的基物料和至少第二增强相进行组合和/或混合，形成合成纤维，所述第二增强相具有高于合成的基物料的弹性模量，由坚硬的合成材料、刚性高于聚酰胺的聚合物、陶瓷、碳、玻璃、钢、钽、特殊的金属合金和/或金属间的相构成，从而提高合成纤维的弹性模量。
根据本发明的进一步设计，所述作为合成纤维材料的第一相的基物料由塑料、合成组合物、聚酰胺或齐隆构成和作为合成纤维材料的第二相的增强材料将提高合成纤维的纵向和径向上的弹性模量。
根据本发明的进一步设计，增强材料以长和/或短纤维、囊或球的形式设置和分布在构成矩阵的基物料内。
本发明的优点主要在于，通过将第二相加入到构成合成纤维的聚酰胺对一由多层构成的被包覆的塑料缆索或皮带的索股进行增强并且所述索股具有高于未增强的索股的弹性模量。
根据物理化学的传统的定义，所述相在这里系指一种固体的、液体的或气体的体，所述体具有均匀的或至少连续变化的物理和化学的特性，例如组分、弹性模量、密度等(参见P·阿特金斯，“物理化学“，VCH，魏因海姆，1987年，201页)。
根据吉布斯标准的定义如下：一种相是材料的一种状态，其中所述相就其化学组分和物理状态而言是完全均匀的。
该定义与通常所采用的措辞的含义是相符的。据此一种气体或一种气体混合物是唯一一个相；一种晶体是唯一一个相；并且两种相互完全混合的液体同样构成唯一一个相。而且冰是唯一一个相，即使它被粉碎成小块，也是如此。但冰和水的糊状物是一个具有两个相的系统，即使很难在这种系统中对相划界时，也是如此。
当两种金属是不能混合的，则由两种金属构成的合金是一个两相-系统。当两种金属是可混合的，则是一种单相-系统。
所实现的增强的缆索在纵向上具有高于未增强的缆索的弹性模量。另外增强的缆索比未经增强的缆索在径向上还具有较高的弹性模量、较高的强度以及较高的断裂应力和较长的寿命。
附图说明
下面将对照图1-9所示的实施方式对本发明做进一步说明。图中示出：
图1为根据已有技术的习用的合成缆索的剖面图；
图2为齿带；
图3为多V槽皮带；
图4为双缆索；
图5为根据已有技术的习用的合成缆索的立体图；
图6为本发明增强的纤维的剖面图；
图7为本发明的增强的纤维的立体图；
图8为对纤维增强的第二相的不同的几何形状的实施方式；
图9为本发明的被增强的纤维的立体图，其中当起着增强作用的第二相由长的定向的纤维构成，所述纤维嵌入由聚酰胺构成的矩阵内并平行于聚酰胺构成的纤维。
具体实施方式
图1示出习用的塑料缆索1的剖面图。一护套2对最外面的索股层3环围。由合成材料构成的，优选由聚氨酯构成的护套将提高缆索1在主动轮上的摩擦系数。最外面的索股层3必须具有与护套2高的接合力，从而使外层索股不会由于缆索1被加载产生的切力出现移动或形成顶墩变形。所述接合力是通过注塑而成的合成材料护套实现对外部的索股载体上的所有的中间空间的充填并形成大的附着面(参见EP0672781)实现的。索股4由聚酰胺的各个纤维5扭转或扭绞而成。为实现对纤维的防护，用浸渍溶剂，例如聚氨酯溶液对每根索股4进行处理。缆索1的交变弯曲强度取决于聚氨酯在每根索股4上的分量。聚氨酯的分量越大，交变弯曲强度越高。但在索股直径相同的情况下，随着聚氨酯分量的增高，合成纤维缆索1的承载能力和E-模量将降低。视交变弯曲功率和横向压力的灵敏度，用于对索股4浸渍的聚氨酯分量例如在10至60％。对各个索股4最好也采用聚酯纤维编织套管进行保护。
为了避免在主动轮上由于相互摩擦造成索股之间的磨损，所以在最外面的索股层3与内部的索股层6之间设置有一个降低摩擦的中间套7。因而将使当缆索在主动轮上弯曲时出现最大移动的最外面的索股层3和内部索股层6上的磨损保持在小的程度。另外一种避免在索股上的磨损的方法是采用一种可以将索股4相互连接在一起而又不会大大降低缆索1的可弯曲性的充填材料。
通常索股4的制造方法如下：1000支直径为12μm的纤维形成一根纱线。然后将11-12根纱线扭绞成一根索股4。
当然专业人员在了解本发明的情况下也可以在不采用主动轮的情况下采用承载缆索。专业人员也可以采取如图2-4中所示的双缆索或皮带的实施方式。图2示出齿带，图3示出多V槽-带，图4示出双缆索。
与纯的制动缆索不同，被驱动的电梯缆索必须非常紧凑和坚实地扭绞或编结而成，以便使电梯缆索不会变形或由于自我扭转或偏转开始旋转。因此可以利用填充索股9对各个索股层之间的空隙和空腔进行填充，所述填充索股支承作用在其它索股4上，从而可以获得一个圆形的索股层6并提高填充度并使缆索护套更圆。填充索股9由合成材料，例如由聚酰胺构成。
由聚酰胺构成的高度定向的分子链构成的纤维5具有很高的抗拉强度。但由聚酰胺构成的纤维基于其原子结构具有比钢丝要低的横向强度。由于该原因不能采用习用的钢丝缆索钳用于对合成纤维缆索1进行固定，这是因为作用于结构件上的钳固力将大大降低缆索1的断裂载荷。在PCT/CH94/00044中对合成纤维缆索1的相应缆索端接做了记载。
图5为本发明的合成纤维1的结构的立体图。在图5中示出的由聚酰胺编结或扭绞而成的索股4与填充索股9被围绕索芯10分层左旋或右旋扭绞。在内部的和最外面的索股层3之间设置有一个减少摩擦的中间套7。由护套2对最外部的索股层3进行覆盖。可以对护套2的表面结构化处理，从而实现特定的摩擦系数。护套2的作用在于，实现与主动轮的所需的摩擦系数并避免索股4受到机械和化学的损伤和避免受到紫外线照射。仅由索股4对载荷进行承载。在截面相同的情况下，由聚酰胺纤维5构成的缆索1具有高于钢丝缆索的承载能力，但重量仅是后者的五分之一至六分之一。所以在承载能力相同的情况下，与习用的钢丝缆索相比合成纤维缆索1的直径得到缩小。由于采用了上述材料，所以缆索1的整体可以避免锈蚀。不再需要进行像钢丝缆索那样采取例如对缆索注油等维护措施。
图6为本发明的增强的聚酰胺纤维5的剖面示意图，图7是本发明的增强的纤维的立体图。相的分布应使聚酰胺构成第一相或基物料并且起着增强作用的微粒构成第二相。微粒，也被称作第二相12被嵌入和分布在基物料内。第二相具有高于第一相13的弹性模量或至少具有机械和化学特性，使增强的聚酰胺纤维的弹性的模量高于未经增强的聚酰胺纤维的弹性模量。
第二相12例如可以由一种非常坚硬的合成材料、一种刚性高于聚酰胺的聚合物、陶瓷、碳、玻璃、钢、钽、特殊的金属合金和/或金属间的相构成。所述刚性系指高于聚酰胺的E-模量。
微粒的几何形状将导致对球、囊、微球、短纤维和/或长纤维的分布。图8举例示出第二相对纤维加强的微粒各种几何形状的实施方式，所述形状包括球形a、近似球形的颗粒b、圆片或片c、短纤维d或长纤维e，所述形状分布在聚酰胺的矩阵内。
在极端的情况下，第二相12的纤维可以具有与聚酰胺纤维5相同的长度并如图9所示，与后者平行并嵌入后者中
在聚酰胺中微粒的分布和密度优选是均匀的。如图7所示，在采用短纤维和/或长纤维的情况下纤维的定向是随机的，或如图9所示具有对应于纤维纵向的优选方向。
在第一相13中起着增强作用的微粒的作用下提高了整个纤维5在纵向和/或横向上的弹性模量。而且与未增强的缆索的情况相比提高了缆索的断裂应力并延长了缆索的寿命。
为了最佳地实现聚酰胺缆索的机械特性，采用了第二相，避免了采用这种缆索作为电梯的承载装置时出现的缺点。整个缆索在纵向和横向上的弹性模量得到提高，从而可以满足缆索作为具有很大的提升高度的电梯设备的承载装置的要求。
根据本发明得到增强的聚酰胺缆索的寿命以及抗断裂的强度和抗拉伸强度得到大大的提高并因此可以满足对电梯提出的安全要求。同时增强的聚酰胺缆索的重量在具有相同的强度的情况下大大小于钢丝缆索的重量。
例如在US2001/0031594中披露了与本发明类似的制作通过微纤维增强的聚县酰胺纤维的方法。
也可以采用其它的具有充足的强度的合成的组合物替代纤维5的基物料。起着增强作用的微粒另外可以采用那些对增强没有积极作用的材料作为基物料。
也可以联想到在具有不同于在图5所示的缆索的索股的结构和设置的电梯缆索中在第一相13内加入起着增强作用的微粒。
除了电梯缆索外，也可以用微粒对电梯皮带增强并因而实现相应的机械特性，作为电梯的承载以及曳引装置加以采用。

Claims (9)

1.一种具有承载索股(4)的电梯的合成缆索或皮带，所述索股由多根合成纤维(5)构成并由护套(2)环围，其特征在于，合成纤维(5)由作为第一相(13)的合成的基物料和第二增强相(12)构成，所述第二增强相(12)具有高于合成的基物料的弹性模量，由刚性高于聚酰胺的聚合物、陶瓷、碳、玻璃、钢、钽、特殊的金属合金和/或金属间的相构成，从而提高合成纤维的弹性模量。
2.按照权利要求1所述的合成缆索或皮带，其特征在于，所述作为合成纤维(5)材料的第一相(13)的基物料由塑料、合成组合物、聚酰胺或齐隆构成和作为第二增强相(12)的增强材料将提高合成纤维的纵向和径向上的弹性模量。
3.按照权利要求1或2所述的合成缆索或皮带，其中增强材料以长和/或短纤维、囊或球的形式设置和分布在构成矩阵的基物料内。
4.一种具有带承载的索股的合成缆索或皮带的电梯，所述索股由多根合成纤维构成并被护套环围，其特征在于，合成纤维由作为第一相(13)的合成的基物料和第二增强相(12)构成，所述第二增强相(12)具有高于合成的基物料的弹性模量，由刚性高于聚酰胺的聚合物、陶瓷、碳、玻璃、钢、钽、特殊的金属合金和/或金属间的相构成，从而提高合成纤维的弹性模量。
5.按照权利要求4所述的具有合成缆索或皮带的电梯，其特征在于，合成纤维(5)材料的第一相(13)由作为一种基物料的塑料、合成组合物、聚酰胺或齐隆构成和作为第二增强相(12)的增强材料将提高合成纤维的纵向和径向上的弹性模量。
6.按照权利要求4或5所述的具有合成缆索或皮带的电梯，其中增强材料以长和/或短纤维、囊或球的形式设置和分布在构成矩阵的基物料内。
7.一种制作具有承载索股的电梯的合成缆索或皮带的方法，所述索股由多根合成纤维构成并由护套环围，其特征在于，对作为第一相(13)的合成的基物料和第二增强相(12)进行组合和/或混合，形成合成纤维，所述第二增强相(12)具有高于合成的基物料的弹性模量，由刚性高于聚酰胺的聚合物、陶瓷、碳、玻璃、钢、钽、特殊的金属合金和/或金属间的相构成，从而提高合成纤维的弹性模量。
8.按照权利要求7所述的制作电梯的合成缆索或皮带的方法，其特征在于，合成纤维(5)材料的第一相(13)由作为一种基物料的塑料、合成组分、聚酰胺或齐隆构成和作为第二增强相(12)的增强材料将提高合成纤维的纵向和径向上的弹性模量。
9.按照权利要求7或8所述的制作电梯的合成缆索或皮带的方法，其中增强材料以长和/或短纤维、囊或球的形式设置和分布在构成矩阵的基物料内。
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