CN103874797B - 一种包括钢丝绳和护套的承载组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种在电梯系统中使用的承载组件（100），其中，承载组件（100）包括至少一条钢丝绳（102）和包围该至少一条钢丝绳（102）的护套（110）。护套（110）包括至少一层包含聚合物颗粒（112）的热塑性弹性体。聚合物颗粒（112）具有高于0.5*106g/mol的分子量。护套（110）的摩擦系数能够在承载组件（100）与电梯系统其他部件例如滑轮之间提供足够的牵引力。还公开了一种相应的制造承载组件的方法。

Description

一种包括钢丝绳和护套的承载组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种在电梯系统中使用的承载组件。更特别是，本发明涉及一种包括至少一条含有钢丝的钢丝绳的承载组件。该至少一条钢丝绳被护套包围，该护套具有热塑性弹性体的基体，基体中分散有高分子量的小聚合物颗粒。
背景技术
电梯系统一般包括在电梯井道内移动的轿厢和对重。承载组件一般在多个滑轮上移动，并且支承轿厢和对重的负载。典型的承载组件包括带或者绳。
滑轮的直径对承载组件的寿命具有较大影响。传统地，采用至少为承载组件直径d的40倍的滑轮直径D来防止过早失效。
另一方面，具有较小直径的滑轮的电梯系统需要较小空间并且能够使用低成本的电动机。
为了减小滑轮直径，有两种途径。第一，可以通过减小承载组件的直径来使滑轮直径D与承载组件的直径d之间的比值(比值D/d)保持合理的高水平。通过减小承载组件的直径，断裂载荷将减小。这意味着，为了满足安全系数的要求，应增加承载组件的所需数量。第二，可以通过开发对高弯曲应力具有改善弹性的新型承载组件来实现低D/d比值。
使用包覆弹性体材料的钢丝绳作为电梯缆绳在本领域是众所周知的。通常将热塑性聚氨酯(TPU)用作弹性体覆层。在使用期间，弹性体包覆材料经受了较大变形，这会导致产生裂纹，特别是当使用较小直径的滑轮导致在包覆材料中产生频繁的高弯曲应力时。
承载组件与其他部件例如滑轮之间的摩擦系数具有期望水平是重要的。期望有一定的摩擦，以在承载组件与其他部件例如滑轮之间获得足够的牵引力。然而，在电梯运行期间，在对重卡住时过大的摩擦会引起不希望有的后果。
WO2010/019149描述了一种承载组件，具有聚合物覆层(例如TPU)和至少一个摩擦稳定器，以控制期望的摩擦特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种供电梯系统中使用的承载组件，避免了现有技术的缺点。本发明的另一目的是提供一种承载组件，其具有的摩擦系数能够在承载组件与其他部件例如滑轮之间提供足够牵引力，从而避免过大摩擦。本发明的又一目的是提供一种承载组件，其设有护套，护套具有可调整的摩擦系数。
根据本发明的第一方面，提供了一种供电梯系统中使用的承载组件。所述承载组件包括：
至少一条钢丝绳，
至少部分地包围所述至少一条钢丝绳的护套。护套包括至少一层热塑性弹性体。热塑性弹性体层包含高分子量的聚合物颗粒。
聚合物颗粒优选分散在热塑性弹性体层中。可以使聚合物颗粒均匀地分散在整层热塑性弹性体上，或者可以分散在热塑性弹性体层的优选范围上，例如，分散在接近热塑性弹性体层的外表面或者分散在热塑性弹性体层的外表面处。
在一优选实施例中，护套是由热塑性弹性体基体组成，在所述基体的至少一部分中分散有聚合物颗粒。聚合物颗粒可以分散在整个热塑性弹性体基体上。替代地，聚合物颗粒可以分散在基体的优选范围上，例如，接近热塑性弹性体层的外表面或者在热塑性弹性体层的外表面处。
优选是，在护套的每个点处护套的厚度在0.01到2.0mm之间。护套可以遵循裸绳的外部形状，或者可以具有更圆的形状，例如稍微更圆的形状。护套在某点处的厚度应理解成是在垂直于承载组件的平面中在护套外表面的点与最近金属点之间的最短距离。
热塑性弹性体
作为热塑性弹性体，原则上可以选择任何热塑性弹性体材料。热塑性弹性体的非限制性实例包括苯乙烯嵌段共聚物、聚醚酯嵌段共聚物、热塑性聚烯烃弹性体、热塑性聚氨酯和聚醚聚酰胺嵌段共聚物。显然，将选择热塑性材料以满足具体情况的需要。
在一优选实施例中，护套包括热塑性聚氨酯(TPU)。热塑性聚氨酯的实例包括醚基聚氨酯、酯基聚氨酯、酯-醚基聚氨酯、碳酸酯基聚氨酯或者其任何组合。优选的聚氨酯是具有良好抗水解性和低温柔性的聚氨酯，例如醚基聚氨酯。
可以通过本领域中已知的任何技术来施加热塑性弹性体，例如通过注塑、粉末喷涂和挤出。优选是，通过挤出来施加热塑性弹性体。
聚合物颗粒
聚合物颗粒优选是分子量高于0.5*106g/mol的颗粒。更优选是，聚合物颗粒具有介于1*106g/mol到15*106g/mol范围内的分子量，例如介于1*106g/mol到10*106g/mol范围内，例如2*106g/mol、5*106g/mol或者9*106g/mol。高分子量使得颗粒的粘度比周围热塑性弹性体基体的高。因此，颗粒在涂覆工艺期间保持完整。
作为聚合物颗粒，可以考虑分子量高于0.5*106g/mol的任何聚合物颗粒。优选的聚合物颗粒包括聚乙烯颗粒，更特别是超高分子量的聚乙烯(UHMW-PE)颗粒。其他可能的聚合物颗粒包括硅氧烷颗粒，例如超高分子量的聚二甲基硅氧烷颗粒。
聚合物颗粒可具有任何形状，例如球形或者非球形，例如不规则形状。
聚合物颗粒优选具有介于5到500μm范围内的颗粒尺寸。更优选是，聚合物颗粒具有介于20到250μm或者50到100μm范围内的颗粒尺寸。
在聚合物颗粒是球状颗粒的情况中，颗粒尺寸相应于颗粒的直径。在聚合物颗粒是非球状的情况中，颗粒尺寸相应于与所考虑的颗粒具有相同体积的球体的直径。
优选按介于1到20wt％的浓度范围添加聚合物颗粒。更优选是，按2到10wt％的浓度例如2wt％、3wt％或者5wt％的浓度添加聚合物颗粒。
除了聚合物颗粒以外，可以将其他添加剂添加到热塑性材料中。所述添加剂可包括催化剂、浸润剂、着色剂、交联剂、氧化物、稳定剂、消泡剂、表面活性剂、抗氧化剂、软化剂、增塑剂、填充剂和阻燃剂。
钢丝绳
承载组件可包括一条钢丝绳。替代地，承载组件可包括多条钢丝绳。在承载组件包括多条钢丝绳的情况中，承载组件的钢丝绳的数量优选介于2到20的范围内，包括例如8、10或者12条绳。在承载组件包括多条钢丝绳的情况中，钢丝绳优选与承载组件的纵轴线平行地对齐。
钢丝绳包括多个捻到一起的股。在优选实施例中，钢丝绳包括一根或多根芯股和多个围绕芯股捻合的外股。
“股”定义为首先已经通过至少一个捻合和/或双捻操作被捻合到一起的多个钢丝。“丝”定义为细长元件或者线。股在合股步骤中被合并成绳。按该方式合并的绳具有裸(即，未包覆)绳直径。“裸绳直径”定义为裸绳横断面的最小外接假想圆的直径。
股中丝的数量优选大于3，例如在3到19之间，例如为7或者19。可以根据本领域中已知的任何布置方式来合并丝，例如，根据交叉捻、根据瓦灵顿(Warrington)平行捻、根据西鲁(Seale)平行捻或者交叉捻和/或平行捻的任何组合。对于所属领域的技术人员来说很清楚，为了实现上述配置，必须使用不同的丝直径。
在绳包括芯股和外股的情况中，芯股可具有与外股相同的布置形式，或者芯股可以是与外股不同的布置形式。
优选是，相邻的外股不会相互接触。这可以例如通过选择芯股的直径和/或通过选择芯股中丝的直径来实现。优选是，外股之间的间隙至少为裸绳直径的0.010倍。更优选是，外股之间的间隙大于裸绳直径的0.020倍，或者甚至大于裸绳直径的0.025倍。间隙被认为是在垂直于股的方向上。注意，间隙随捻距变长而增大。因此，使用更大捻距有利于增大间隙。外股之间的间隙允许热塑性弹性体流入股之间。这样，就可以将股之间的空隙填充到一定“填充度”。“填充度”可以如下定义：
-当垂直于裸绳来截取裸绳的横截面时，外接圆(直径D)内的一定区域将不会被钢占据并且将为空隙。将该区域称为“Avoid”。
-当垂直于包覆绳来截取包覆绳的横截面时，外接圆内的空隙的一定区域现在将被热塑性弹性体占据。将该区域称为“Aelastomer”。
现在，填充度可以方便地用Aelastomer与Avoid之比(百分比)来表示。根据本发明，15％的填充度是优选的，但是高于30％的填充度是更理想的。
所使用的丝优选包括由钢例如高碳钢或者不锈钢制成的丝。
在一个优选实施例中，丝(芯丝或外围丝)由普碳钢制成。这种钢通常包括最小碳含量0.40wt％C(例如至少0.70wt％C或者至少0.80wt％C)到最大1.1wt％C、锰含量0.10到0.90wt％Mn、硫含量和磷含量各自优选保持在0.030wt％以下。另外，还可以添加其它微合金元素，例如铬(达0.20到0.4wt％)、硼、钴、镍、钒。
在一个可选实施例中，丝是由不锈钢制成的。不锈钢包含最少12wt％的Cr和相当量的镍。更优选的不锈钢成分包括奥氏体不锈钢。最优选的成分为本领域中已知的AISI(美国钢铁学会)302、AISI301、AISI304和AISI316。
钢丝优选具有高于1500N/mm2的抗拉强度。更优选是，钢丝的抗拉强度高于1700N/mm2，或者甚至高于2400N/mm2，例如为3000N/mm2。
抗拉强度越高，则对于相同断裂载荷可以使用越细的钢丝，或者可以使用越细的股、越细的绳或者越细的承载组件。
根据具体应用，丝具有优选介于0.04mm到1.20mm之间的直径。绳索的不同丝可具有相同直径，虽然这不是必须的。
钢丝绳和/或丝和/或股可以是不镀覆的，或者可以用合适的镀层镀覆。优选的镀层例如为锌或者锌合金镀层，例如锌镀层、黄铜镀层、锌铝镀层或者锌铝镁镀层。
为了增强钢与护套之间的粘附力，可选择性地在钢丝绳和/或丝和/或股上施加增粘剂。可以考虑本领域中已知的任何增粘剂。
应用
根据本发明的承载组件特别适用于电梯系统，例如牵引式电梯系统。根据本发明的承载组件还适用于提升系统，例如起重机和矿井中的提升系统。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造承载组件的方法。所述方法包括以下步骤：
-提供至少一条钢丝绳；
-围绕所述至少一条钢丝绳施加热塑性弹性体的护套，所述热塑性弹性体包括分子量高于0.5*106g/mol的聚合物颗粒。
可以通过本领域中已知的任何技术来施加护套，例如通过注塑、粉末喷涂或者挤出。施加护套的优选工艺是挤出。
在根据本发明的优选方法中，提供了多个钢丝绳。钢丝绳的数量优选介于2到20之间，优选介于2到12之间，例如为8或者10。围绕钢丝绳施加包含聚合物颗粒的热塑性弹性体护套。钢丝绳由此可以与承载组件的纵轴线平行地对齐。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中
-图1是根据本发明的承载组件的示意图，包括嵌入护套中的一条钢丝绳；
-图2是根据本发明的承载组件的第二实施例的示意图，包括嵌入护套中的一条钢丝绳；
-图3是根据本发明的承载组件的示意图，包括多条平行钢丝绳；
-图4是确定承载组件弹性的测试系统的示意图。
具体实施方式
将参考具体实施例并参照一些附图来描述本发明，但是本发明不限于此而是仅由权利要求限定。附图仅是示意性的而非限制性的。在附图中，为了说明的目的，一些元件的尺寸可以放大并且不按比例地描绘。尺寸和相对尺寸不对应于实施本发明的实际减小。
图1示意性地描绘了适用于电梯系统中的承载组件100。承载组件100包括钢丝绳102和护套110。钢丝绳102例如包括7×7+7×19W型绳索。以下绳的公式描述了绳的结构：((0.34+6×0.31)+6×(0.25+6×0.25))+7×(0.34+6×0.31+6×0.33/0.25)。
钢丝绳102包括7×7的芯股104和7条包含19根丝的瓦灵顿型外股106。瓦灵顿型外股106以裸钢丝绳直径5到12倍的捻距围绕芯股104。7×7的芯股104包括7条单股：1+6股。
护套110例如由热塑性聚氨酯制成。护套材料至少部分地填充绳股之间的开放空隙。在热塑性聚氨酯基体中嵌入高分子量的聚合物颗粒112。聚合物颗粒112例如为超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)。聚合物颗粒112优选具有9*106g/mol的平均分子量和介于20*10-6m到150*10-6m范围的平均颗粒尺寸。
图2显示了承载组件200的又一实施例。承载组件200包括钢丝绳202和护套210。钢丝绳202例如包括7×19W型绳。下面的绳公式描述了绳的结构：(0.41+6×0.41+6×0.44/0.34)+6×(0.34+6×0.34+6x0.37/0.28)。因此，钢丝绳202包括七条股204，每条股为具有19根丝的瓦灵顿股。护套210包括热塑性聚氨酯的基体和分散在该基体中的聚合物颗粒212。聚合物颗粒212例如包括具有5*106g/mol的平均分子量和介于10*10-6m到60*10-6m范围的平均颗粒尺寸的聚乙烯。
图3示意性地描绘了适用于电梯系统中的承载组件300。多条钢丝绳302基本上与承载组件300的纵轴线304平行地对齐。护套310至少部分地包围钢丝绳302。护套310例如包括聚氨酯，如热塑性聚氨酯。例如UHMW-PE颗粒的聚合物颗粒312分散在热塑性聚氨酯中。
为了确定热塑性弹性体在反复弯曲下的弹性，在电梯测试系统400上测试多个不同的承载组件401。图4中示出了测试系统400的示意图。测试系统400包括由电动机驱动的一个牵引滑轮412和一个辅助转向滑轮414。这两个滑轮412、414具有圆形凹槽，凹槽半径稍微大于所测试的承载组件401的直径。在疲劳测试期间，电动机驱动承载组件401在牵引滑轮412和转向滑轮414两者上来回运动。被测试的承载组件401的两端部连接到配重416、418上，以保持承载组件401处于拉伸载荷下。牵引滑轮412和转向滑轮414两者的直径D均为承载组件直径d的17.5倍。在测试中，比值D/d比惯常使用的比值D/d低得多。有意将比值D/d选择得较低，以在极端条件下测试承载组件。
测试两个不同的承载组件：
-试样A对应于图1中描绘的承载组件，即护套中包含UHMW-PE颗粒的绳；
-试样B对应于图1中描绘的承载组件，然而包围钢丝绳的护套中没有UHMW-PE颗粒。
试样B在80000次弯曲周期之后在护套中显示出了裂缝。试样1的聚合物护套甚至在450000次弯曲周期之后也未显示出损伤。在某些实例中，寿命以高达18的倍数增加。
为了评估热塑性弹性体的摩擦特性，确定多个试样的摩擦系数(静滑动摩擦系数)。通过在热塑性弹性体聚合物带的表面上拉拽具有抛光过的接触面的重物来测试摩擦特性。根据重物开始移动所需的力来确定静滑动摩擦系数。测试三个热塑性弹性体的试样。通过在挤出后压延来制备热塑性弹性体带。试样C包括ShoreA硬度为95A的醚基聚氨酯带。在试样C中，未将聚合物颗粒添加到醚基聚氨酯中。试样D和试样E包括与试样C相同的聚氨酯等级，分别添加有2.5wt％和5wt％的UHMW-PE颗粒。UHMW-PE颗粒具有9×106g/mol的平均分子量和20*10-6到150*10-6m的颗粒尺寸。表1中给出了三个试样的静滑动摩擦系数的概述。
表1
试样 UHMW-PE颗粒含量(wt％) 静滑动摩擦系数
C 0 2.8
D 2.5 0.50
E 5.0 0.37
从表1可看出，通过将更高浓度的超高分子量聚乙烯颗粒添加到热塑性弹性体中，减小了聚合物复合物与钢之间的静摩擦系数。然而，在用2.5wt％或者5wt％浓度的UHMW-PE的情况中，摩擦系数维持高到足以为牵引式电梯的安全运行提供足够的牵引力。
根据本发明，可通过更改热塑性弹性体中聚合物颗粒的含量来调节摩擦系数。这就能够例如在电梯运行期间控制牵引滑轮与承载组件之间的打滑。当轿厢或者对重被阻挡在其行进路径的末端时，这特别有利于控制牵引滑轮与承载组件之间的打滑，从而防止在驱动电机未停止的情况下绳松弛和绳断裂。

Claims (10)

1.一种用在电梯系统中的承载组件，包括
-至少一条钢丝绳，
-包围所述至少一条钢丝绳的护套，所述护套包括至少一层热塑性弹性体，所述至少一层热塑性弹性体包含聚合物颗粒，所述聚合物颗粒具有高于0.5*106g/mol的分子量。
2.根据权利要求1所述的承载组件，其中，所述聚合物颗粒具有介于0.5*106g/mol到15*106g/mol范围内的分子量。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的承载组件，其中，所述聚合物颗粒具有介于5*10-6m到250*10-6m范围内的颗粒尺寸。
4.根据权利要求1或2所述的承载组件，其中，所述聚合物颗粒包括聚乙烯颗粒或者硅氧烷颗粒。
5.根据权利要求1或2所述的承载组件，其中，所述热塑性弹性体是从由以下材料组成的组中选出的：苯乙烯嵌段共聚物、聚醚-酯嵌段共聚物、热塑性聚烯烃弹性体、热塑性聚氨酯和聚醚聚酰胺嵌段共聚物。
6.根据权利要求1或2所述的承载组件，其中，所述钢丝绳包括多个捻合到一起的股，所述股包括钢丝。
7.根据权利要求1或2所述的承载组件，其中，所述承载组件包括由所述护套包围的一条绳。
8.根据权利要求1或2所述的承载组件，其中，所述承载组件包括至少两条钢丝绳，所述至少两条钢丝绳与所述承载组件的纵轴线平行地对齐。
9.一种制造如权利要求1到8中任一项所述承载组件的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供至少一条钢丝绳；
-围绕所述至少一条钢丝绳施加热塑性弹性体的护套，所述热塑性弹性体包含分子量高于0.5*106g/mol的聚合物颗粒。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，提供介于2到20范围内的多条钢丝绳，并且围绕所述钢丝绳施加包含聚合物颗粒的热塑性弹性体护套。
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