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Technisches Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Hebemaschinenseil gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Aufzug gemäß dem
Obergriff des Anspruchs 24 und einer Verwendung gemäß dem
Obergriff des Anspruchs 35.
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Hintergrund der Erfindung
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Aufzugsseile
werden allgemein hergestellt durch Flechten von metallischen Drähten
oder Bündeln und haben einen im Wesentlichen runden Querschnitt.
Ein Problem bei Metallseilen besteht darin, dass aufgrund der Materialeigenschaften
bisher ein großes Gewicht und eine große Dicke
hinsichtlich ihrer Festigkeit und Zugsteifigkeit aufweisen. Es gibt
auch bekannte bandartige Aufzugsseile, deren Breite größer
als ihre Dicke ist. Bekannt sind ebenfalls z. B. die Lösungskonzepte,
bei denen der lastaufnehmende Teil eines bandartigen Aufzughebeseils
aus Metalldrähten besteht, die mit einem weichen Material
beschichtet sind welches die Drähte schützt und
die Friktion zwischen dem Band und der Antriebsscheibe erhöht.
Aufgrund der Metalldrähte beinhaltet ein derartiges Lösungskonzept
das Problem hohen Gewichtes. Andererseits schlägt ein Lösungskonzept
gemäß der
EP
1 640 307 A2 die Verwendung von Aramid mit Geflechten als
den lastaufnehmenden Teil vor. Ein Problem mit dem Aramidmaterial
ist die mittelmäßige Zugsteifigkeit und Zugfestigkeit.
Darüber hinaus ist das Verhalten von Aramid bei hohen Temperaturen
problematisch und bildet ein Sicherheitsrisiko. Ein weiteres Problem
mit Lösungen basierend auf geflochtenen Konstruktionen
besteht darin, dass das Flechten die Steifheit und Zugfestigkeit
des Seiles vermindert. Zusätzlich können die einzelnen
Fasern des Geflechts sich relativ zueinander bewegen in Verbindung
mit dem Biegen des Seiles, womit die Abnutzung der Fasern erhöht
wird. Die Zugsteifigkeit und die thermische Stabilität
sind ebenfalls ein Problem in dem Lösungskonzept, das in
der Patentschrift
PCT/FI97/00823 gezeigt
ist, bei welchem der lastaufnehmende Teil ein Aramidtextilgewebe
ist, welches von Polyurethan umgeben ist.
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Ziel der Erfindung
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Ein
Ziel der Erfindung ist es unter anderem, die oben beschriebenen
Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Ein besonderes Ziel
der Erfindung ist die Verbesserung des Seilverlaufs einer Hebemaschine
insbesondere eines Personenaufzuges.
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Es
ist Ziel der Erfindung einen oder mehrere der folgenden Vorteile
unter anderem zu erzielen:
- – Ein Seil
mit geringem Gewicht, das relativ zu seinem Gewicht eine hohe Zugfestigkeit
und Zugsteifigkeit aufweist.
- – Ein Seil mit einer verbesserten thermischen Stabilität
gegen hohe Temperaturen.
- – Ein Seil mit einer hohen thermischen Konduktivität
kombiniert mit einer hohen Betriebstemperatur.
- – Ein Seil das eine einfache bandförmige Konstruktion
aufweist und einfach herzustellen ist.
- – Ein Seil das ein geraden lastaufnehmenden Teil und
eine Vielzahl von parallelen geraden lastaufnehmenden Teilen hat,
wobei eine vorteilhaftes Verhalten hinsichtlich der Biegefähigkeit
erzielt wird.
- – Ein Aufzug mit Seilen geringen Gewichts.
- – Die Lastaufnahme-Kapazität der Schlinge
und des Gegengewichts kann reduziert werden.
- – Ein Aufzug wird erzielt und ein Aufzugseil werden
erzielt, bei welchem die zu bewegenden und zu beschleunigenden Massen
und Achslasten reduziert sind.
- – Ein Aufzug wird erzielt, bei welchem die Hebeseile
ein geringes Gewicht relativ zur Seilspannung aufweisen.
- – Ein Aufzug und ein Seil werden erzielt, bei dem die
Amplitude der Quervibration des Seiles reduziert ist und seine Vibrationsfrequenz
erhöht ist.
- – Ein Aufzug wird erzielt, in welchem ein sogenanntes
gegensinniges Biegen des Seiles einen geringeren Effekt auf die
Verkürzung der Lebensdauer hat.
- – Ein Aufzug und ein Seil ohne Diskontinuität
oder zyklische Eigenschaften des Seiles werden erzielt, weshalb
das Aufzugsseil geräuscharm und hinsichtlich der Vibrationen
vorteilhaft ist.
- – Ein Seil wird erzielt, das einen guten Kriechwiderstand
aufweist, weil es eine gerade Konstruktion hat und seine Geometrie
im Wesentlichen auch beim Biegen konstant bleibt.
- – Ein Seil mit geringer interner Abnutzung wird erzielt.
- – Ein Seil mit einer guten Temperaturwiderstand gegen
hohe Temperaturen und guter thermischer Leitfähigkeit wird
erzielt.
- – Ein Seil mit einem guten Scherwiderstand wird erzielt.
- – Ein Aufzug mit einem sicheren Seilverlauf wird erzielt.
- – Ein Hochhausaufzug oder ein Aufzug mit hohen Förderhöhen
wird erzielt, dessen Energieverbrauch geringer ist als der von bislang
bekannten Aufzügen.
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In
Aufzugssystemen kann das Seil der Erfindung verwendet werden als
eine Sicherheitseinrichtung zum Tragen und/oder Bewegen einer Aufzugskabine,
eines Gegengewichts oder von beiden. Das Seil der Erfindung ist
anwendbar sowohl für Aufzüge mit Gegengewicht
als auch für Aufzüge ohne Gegengewicht. Zusätzlich
kann es auch verwendet werden mit anderen Hebemaschinen, z. B. als
Kranhebeseil. Das geringe Gewicht des Seils bietet einen Vorteil
insbesondere in Beschleunigungssituationen, weil die Energie, die
durch Änderungen der Geschwindigkeit des Seiles erforderlich
ist, von dessen Masse abhängt. Das geringe Gewicht bietet
weiterhin ein Vorteil bei Seilsystemen, die separate Kompensationsseile
benötigen, weil die Notwendigkeit für Kompensationsseile
reduziert oder insgesamt eliminiert wird. Das geringe Gewicht erlaubt
auch eine einfachere Handhabung der Seile.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Das
Hebeseil für eine Hebemaschine gemäß der
Erfindung ist charakterisiert durch die Merkmale des Kennzeichenteils
des Anspruchs 1. Der Aufzug gemäß der Erfindung
ist charakterisiert durch den Kennzeichenteil des Anspruchs 24.
Die Verwendung gemäß der Erfindung ist charakterisiert
durch den Kennzeichenteil des Anspruchs 35. Andere Ausführungsform
der Erfindung sind charakterisiert durch den Gegenstand der anderen
Ansprüche.
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Erfindungsgemäße
Ausführungsformen werden ebenfalls dargestellt in dem Beschreibungsteil
und in den Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung. Der erfinderische
Gehalt der Anmeldung kann auch auf andere Weise definiert werden
als in den Ansprüchen. Der erfinderische Gehalt kann auch
aus mehreren separaten Erfindungen bestehen, insbesondere wenn die
Erfindung betrachtet wird im Licht expliziter oder implizierter Unteraufgaben
oder mit Hinblick auf einen Vorteil oder mehrere erzielte Vorteile.
In diesem Fall können einige der Merkmale in den Ansprüchen
unten überflüssig sein vom Gesichtspunkt separater
Erfindungskonzepte aus. Die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung können angewandt werden in Verbindung mit
anderen Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs
des grundsätzlichen Erfindungskonzepts.
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Gemäß der
Erfindung ist die Breite des Hebeseils für eine Hebemaschine
größer als seine Dicke in transversaler Richtung
des Seiles. Das Seil enthält einen lastaufnehmenden Teil
aus einem Komposit-Material welches Komposit-Material nicht metallische
Verstärkungsfasern in einer Polymermatrix aufweist, welche
Verstärkungs- oder Bewehrungsfasern aus Karbonfasern oder
Glassfasern bestehen. Die Struktur und die Wahl des Materials machen
es möglich, Hebeseile geringen Gewichts zu erzielen, die
eine dünne Konstruktion in Biegerichtung haben, eine gute
Zugsteifigkeit und Zugfestigkeit und eine verbesserte thermische
Stabilität. Zusätzlich bleibt die Seilstruktur
im Wesentlichen unverändert beim Biegen, was einer langen
Lebensdauer zuträglich ist.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung sind die vorgenannten
Verstärkungsfasern in Längsrichtung des Seiles
ausgerichtet, d. h. in einer Richtung parallel zu Längsrichtung
des Seiles. Somit werden die Kräfte auf die Fasern in Richtung
der Zugkraft verteilt. Zusätzlich verhalten sich die Fasern
beim Biegen in einer vorteilhafteren Weise, als die Fasern die z.
B. in einem spiralförmigen oder kreuzweisen Muster angeordnet
sind. Der lastaufnehmende Teil besteht aus geraden Fasern, die durch
eine Polymermatrix miteinander verknüpft sind, um ein integriertes
Element zu bilden, das seine Form und Struktur auch beim Biegen
beibehält.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung sind die einzelnen
Fasern homogen in der vorstehenden Matrix verteilt. In anderen Worten:
die Verstärkungsfasern sind im Wesentlichen gleichförmig
in dem lastaufnehmenden Teil verteilt.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung sind die Verstärkungsfasern
durch die Polymermatrix als integraler lastaufnehmender Teil zusammen
gebunden.
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In
dem Ausführungsbeispiel sind die Verstärkungsfasern
kontinuierliche Fasern, die in Längsrichtung des Seiles
ausgerichtet sind und sich vorzugsweise über die gesamte
Länge des Seiles erstrecken.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung besteht der lastaufnehmende
Teil aus geraden Verstärkungsfasern, die parallel in Längsrichtung
des Seiles ausgerichtet und miteinander verbunden sind durch eine
Polymermatrix, um ein integriertes Element zu bilden.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung sind im Wesentlichen
alle Fasern des lastaufnehmenden Teils in Längsrichtung
des Seiles ausgerichtet.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist der lastaufnehmende
Teil ein integrierter langer Körper. In anderen Worten:
die Strukturen, die den lastaufnehmenden Teil bilden, sind in gegenseitigen
Kontakt. Die Fasern sind in der Matrix vorzugsweise durch eine chemische
Verbindung gebunden, vorzugsweise durch eine Hydrogen-Bindung und/oder
Kovalent-Bindung.
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In
einer anderen Ausführungsform der Erfindung verläuft
die Struktur des Seiles im Wesentlichen gleichförmig über
die gesamte Länge des Seiles.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung sind im Wesentlichen
alle Verstärkungsfasern des lastaufnehmenden Teils in Längsrichtung
des Seils ausgerichtet. Somit können die Verstärkungsfasern,
die sich in Längsrichtung des Seiles erstrecken, dazu geeignet
sein, die meiste Last zu tragen.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Polymermatrix
des Seiles aus einem nicht elastomeren Material. Somit wird eine
Struktur erzielt, bei welcher die Matrix eine wesentliche Stütze
für die Verstärkungsfasern bildet. Die Vorteile
umfassen eine längere Lebensdauer und die Möglichkeit
kleinere Biegeradien anzuwenden.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung enthält die
Polymermatrix Epoxid, Polyester, Phenolkunststoff oder Vinylester.
Diese harten Materialen zusammen mit den vorstehend genannten Verstärkungsfasern
führen zu einer vorteilhaften Materialkombination, die
unter anderem ein verbessertes Verhalten des Seiles beim Biegen
erzielt.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist der lastaufnehmende
Teil ein steifer unitär kohärenter länglicher
Balken oder stangen- bzw. leistenförmiger Körper,
der sich wieder gerade ausrichtet, wenn er nicht einer externen
Biegung unterliegt. Aus diesem Grund verhält sich auch
das Seil auf diese Weise.
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In
einer Ausführungsform von der Erfindung ist der Elastizitätskoeffizient
E der Polymermatrix größer als 2 GPa, vorzugsweise
größer 2,5 GPa, am besten im Bereich von 2,5–10
GPa, und ganz vorzugsweise in dem Bereich von 2,5–3,5 GPa.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung besteht mehr als 50%
der Querschnittsfläche des lastaufnehmenden Teils aus Verstärkungsfasern,
vorzugsweise 50–80%, insbesondere 55–70%, und
am besten so ungefähr 60% der Querschnittsfläche
aus Verstärkungsfasern und ungefähr 40% aus Matrixmaterial.
Dies ermöglicht es, dass vorteilhafte Festigkeitseigenschaften
erzielt werden, während die Menge an Matrixmaterial nach
wie vor ausreichend ist, um in geeigneter Weise die mit ihnen verbundenen
Fasern zu umgeben.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung bilden die Verstärkungsfasern
zusammen mit dem Matrixmaterial einen integrierten lastaufnehmenden
Teil, innerhalb dessen im Wesentlichen keine scheuernde Tiefbewegung
zwischen den Fasern oder zwischen den Fasern und der Matrix stattfindet,
wenn das Seil gebogen wird. Die Vorteile umfassen eine lange Lebensdauer
des Seils und ein vorteilhaftes Verhalten beim Biegen.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der lastaufnehmende
Teil bzw. die lastaufnehmenden Teile einen Hauptanteil an der Querschnittsfläche
des Seiles. Somit partizipiert ein Hauptteil der Seilstruktur am
Tragen der Last. Das Komposit-Material kann auch leicht in so eine
Form gegossen werden.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist die Breite des
lastaufnehmenden Teils größer als seine Dicke
in Querrichtung des Seiles. Das Seil kann daher auch Biegungen mit
einem kleinen Radius widerstehen.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung enthält das
Seil eine Anzahl der vorgenannten lastaufnehmenden Teile nebeneinander.
Auf diese Weise kann Anfälligkeit des Komposit-Teils für
einen Fehler reduziert werden, weil das Breiten/Dicken-Verhältnis
des Seiles erhöht werden kann, ohne das Breiten/Dicken-Verhältnis eines
einzelnen Komposit-Teils zu stark zu erhöhen.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die verstärkenden
Fasern aus Karbonfasern. Auf diese Weise wird eine leichte Konstruktion,
eine gute Zugsteifigkeit und Zugfestigkeit erreicht als auch gute thermische
Eigenschaften.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung enthält das
Seil zusätzlich außerhalb des Komposit-Teils wenigstens
ein metallisches Element wie z. B. einen Draht, eine Leiste oder
ein metallisches Gitter. Dies verleiht dem Band eine geringere Anfälligkeit
gegen Schaden durch Scherkräfte.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung besteht die oben genannte
Polymermatrix aus Epoxid.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist der lastaufnehmende
Teil umgeben von einer Polymerschicht. Die Bandoberfläche
kann so unter anderem geschützt werden gegen mechanische
Abnutzung und Feuchtigkeit. Dies erlaubt es, dass der Reibungs-Koeffizient
des Seils auf einen ausreichenden Wert eingestellt wird. Die Polymerschicht
kann vorzugsweise aus einem Elastomer bestehen, möglichst
ein Elastomer hoher Friktion wie z. B. Polyurethan.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung besteht der lastaufnehmende
Teil aus der vorgenannten Polymermatrix, den durch die Polymermatrix
zusammen gebundenen Fasern und einer Beschichtung die um die Faser
vorgesehen ist und aus Hilfsmaterialen gegenüberstehen
die möglicherweise möglichst innerhalb der Polymermatrix
enthalten sind.
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Gemäß der
Erfindung enthält der Aufzug eine Antriebsscheibe, eine
Aufzugskabine und ein Seilsystem zum Bewegen der Aufzugskabine mittels
der Antriebsscheibe, welches Seilsystem wenigstens ein Seil umfasst,
dessen Breite in Querrichtung des Seiles größer
ist als seine Dicke. Das Seil enthält einen lastaufnehmenden
Teil, der aus einem Komposit-Material besteht, welches Verstärkungsfasern
in einer Polymermatrix enthält. Die Verstärkungsfasern
bestehen aus Karbonfasern oder Glasfasern. Dies bietet den Vorteil,
dass die Aufzugsseile ein leichtes Gewicht haben und hat Vorteile
hinsichtlich der Wärmeresistenz. Ein energieeffizienter
Aufzug wird ebenfalls erzielt. Ein Aufzug kann so auch ohne irgendwelche
Kompensationsseile realisiert werden. Wenn es gewünscht
ist, kann der Aufzug realisiert werden unter Verwendung einer Antriebsscheibe
geringen Durchmessers. Der Aufzug ist auch sicher, zuverlässig
und einfach und hat eine lange Lebensdauer.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist das Aufzugseil
ein Hebemaschinenseil wie oben beschrieben.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist der Aufzug ausgebildet,
um die Aufzugskabine und ein Gegengewicht mittels des Seiles zu
bewegen. Das Aufzugsseil ist vorzugsweise mit dem Gegengewicht und
der Aufzugskabine in einem 1:1 Aufhängungsverhältnis
verbunden, es kann jedoch alternativ auch in einem 2:1 Aufhängungsverhältnis
mit diesen verbunden sein.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung enthält der
Aufzug ein erstes bandartiges Seil oder Seilabschnitt, das gegen
die Scheibe anliegt, vorzugsweise die Antriebsscheibe, und ein zweites
bandförmiges Seil oder Seilabschnitt das/der gegen das
erste Seil/Seilabschnitt anliegt, wobei das die Seile oder Seilabschnitte auf
der Umfangsfläche der Antriebsscheibe – gesehen
aus der Richtung des Biegeradius – übereinander
aufgenommen sind. Die Seile liegen damit kompakt auf der Scheibe
auf, was es ermöglicht, eine kleinere Scheibe zu verwenden.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung enthält der
Aufzug eine Anzahl an Seilen, die nebeneinander und übereinander
gegen den Umfang der Treibscheibe anliegen. Die Seile sind somit
kompakt auf der Scheibe angeordnet.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist das/der erste Seil/Seilabschnitt
mit dem zweiten Seil/Seilabschnitt, gegen das es anliegt, durch
eine Kette, Seilband oder dergleichen verbunden, welches um einen Umlenkrolle
geführt ist, welche an der Aufzugskabine und/oder der Gegengewicht
montiert ist.
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Dies
erlaubt die Kompensation der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen
den Hebeseilen, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
bewegen.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung läuft das
bandartige Seil um eine erste Umlenkrolle herum, auf welcher das
Seil in einer ersten Biegerichtung gebogen ist, wonach das Seil
um eine zweite Umlenkrolle herumläuft, auf welchem das
Seil in eine zweite Biegerichtung gebogen ist, welche Biegerichtung
im Wesentlichen entgegengesetzt ist zu der ersten Biegerichtung.
Der Abstand zwischen den Seilen ist damit frei einstellbar, weil Änderungen
in der Biegerichtung weniger schädlich für ein
Band sind, dessen Struktur keine wesentlichen Änderungen
beim Biegen mitmacht. Die Eigenschaften der Karbonfaser sind dem
gleichen Effekt zuträglich.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist der Aufzug ohne
Kompensationseile konzipiert. Dies ist insbesondere vorteilhaft
in einem Aufzug gemäß der Erfindung, bei welchem
das in dem Seilsystem verwendete Seil das oben definierte Design
hat. Die Vorteile enthalten Energieeffizienz und eine einfache Aufzugskonstruktion.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, das Gegengewicht mit einer Einrichtung
zu versehen, die Schwingungen begrenzt.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung ist der Aufzug ein
Aufzug ohne Gegengewicht, der eine Hebehöhe von über
30 m hat, vorzugsweise 30–80 m, vorzugsweise 40–80
m, welcher Aufzug ohne Kompensationsseile realisiert ist. Der so
realisierte Aufzug ist einfacher als frühere Aufzüge
und somit energieeffizienter.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung hat der Aufzug eine
Hebehöhe von über 75 m, vorzugsweise über
100 m, noch besser über 150 m, am besten über
250 m. Die Vorteile der Erfindung sind offensichtlich insbesondere
in Aufzügen die eine große Höhe haben,
weil normalerweise in Aufzügen mit einer großen
Hebehöhe die Masse der Hebeseile den größten
Anteil der insgesamt zu bewegenden Masse ausmacht. Daher ist ein
Aufzug mit einer großen Hebehöhe, wenn er mit
einem erfindungsgemäßen Seil versehen ist beträchtlich
energieeffizienter als frühere Aufzüge. Ein so
realisierter Aufzug ist auch technisch einfacher Material sparender
und günstiger herzustellen, weil z. B. die zu bremsenden
Massen reduziert werden. Die Effekte davon spiegeln sich am meisten
wieder in der Dimensionierung der strukturellen Komponenten des
Aufzugs. Die Erfindung ist anwendbar für die Verwendung
in den Aufzügen von Hochhäusern oder Megawolkenkratzern.
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In
der Verwendung gemäß der Erfindung wird ein Hebemaschinenseil
gemäß einer der oben genannten Definitionen als
das Hebeseil eines Aufzugs verwendet, insbesondere eines Personenaufzugs.
Ein Vorteil ist eine verbesserte Energieeffizienz des Aufzugs.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Hebemaschinenseil
gemäß eine der vorstehenden Definitionen verwendet
als Hebeseil eines Aufzugs gemäß einer der vorstehenden
Definitionen. Das Seil ist insbesondere gut anwendbar für
die Verwendung in Hochhausaufzügen und/oder um die Notwendigkeit
eines Kompensationsseils zu reduzieren.
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Liste der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf Ausführungsbeispiele
und die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen
zeigen:
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1a–1m schematische
Querschnitte des erfindungsgemäßen Seils wobei
jede eine unterschiedliche Ausführungsform darstellt,
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2 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Aufzugs
der Erfindung,
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3 ein
Detail des Aufzugs aus 2.
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4 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Aufzugs.
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5 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung
umfassend eine Zustandsüberwachungseinrichtung.
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6 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Aufzugs, umfassend eine Zustandsüberwachungseinrichtung.
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7 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Aufzug.
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8 eine
vergrößerte schematische Darstellung eines Details
des Querschnitts des erfindungsgemäßen Seils.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die 1a–1m zeigen
schematische Darstellungen, die bevorzugte Querschnitte von Hebeseilen
darstellen, vorzugsweise für einen Personenaufzug, gemäß unterschiedlichen
Ausführungsformen der Erfindung und gesehen aus der Längsrichtung
des Seils. Das Seil 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120,
das in den 1a–1l dargestellt
ist, hat eine bandförmige Struktur, in anderen Worten,
das Seil hat, in einer ersten Richtung senkrecht zur Längsrichtung
des Seils gemessen, eine Dicke t1 und gemessen in einer zweiten
Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Seils und zur
vorgenannten ersten Richtung eine Breite t2, welche Breite t2 wesentlich
größer ist als die Dicke t1. Die Breite des Seils
ist damit wesentlich größer als seine Dicke. Darüber
hinaus hat das Seil vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise wenigstens
einen, vorzugsweise zwei breite und im Wesentlichen plane Oberflächen,
welche breite Fläche effizient verwendet werden kann als
Kraft übertragende Oberfläche, unter Nutzung der
Friktion oder eines positiven Kontaktes, weil auf diese Weise eine
große Kontaktoberfläche erzielt wird. Die breite
Oberfläche muss nicht komplett plan sein, sondern sie kann
mit Nuten oder Vorsprüngen versehen sein oder sie kann
eine gekurvte Form haben. Das Seil hat vorzugsweise eine gleichförmige
Struktur über seine ganze Länge, jedoch nicht
notwendigerweise, weil, wenn es gewünscht ist, der Querschnitt
sich zyklisch ändern kann, wie z. B. als gezahnte Struktur.
Das Seil 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120 enthält
einen Last aufnehmenden Teil 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121,
welcher aus einem nicht metallischen Faserkomposit besteht, der
Karbonfasern oder Glasfasern umfasst, vorzugsweise Karbonfasern,
in einer Polymermatrix. Der Last aufnehmende Teil oder möglicherweise
Last aufnehmende Teile und seine Fasern sind in Längsrichtung
des Seiles ausgelegt, was der Grund dafür ist, dass das
Seil seine Struktur beim Biegen beibehält. Einzelne Fasern
sind somit im Wesentlichen in Längsrichtung des Seils orientiert.
Die Fasern sind somit in Richtung der Kraft orientiert, wenn eine
Zugkraft auf das Seil einwirkt. Die oben genannten Verstärkungsfasern
sind zusammengebunden durch die oben genannte Polymermatrix, um
einen integrierten Last aufnehmenden Teil zu bilden. Somit ist der
Last aufnehmende Teil 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121 ein
einstückiger, zusammenhängender, länglicher,
quaderförmiger Körper. Die Verstärkungsfasern
sind lange zusammenhängende Fasern, die vorzugsweise in
Längsrichtung des Seils ausgerichtet sind und sich vorzugsweise über
die gesamte Länge des Seils erstrecken. Vorzugsweise sind
möglichst viele der Fasern, vorzugsweise im Wesentlichen
alle Verstärkungsfasern des Last aufnehmenden Teils in
Längsrichtung des Seils ausgerichtet. In anderen Worten,
vorzugsweise sind die Verstärkungsfasern gegenseitig nicht
miteinander verbunden bzw. verstrickt. Somit wird ein Last aufnehmender
Teil erzielt, dessen Querschnittsstruktur sich so unverändert
wie möglich über die gesamte Länge des
Seils erstreckt. Die Verstärkungsfasern sind so gleichmäßig
wie möglich in dem Last aufnehmenden Teil verteilt, um
sicherzustellen, dass der Last aufnehmende Teil so homogen wie möglich
in Querrichtung des Seils ist. Die Biegerichtung der Seile, die
in den 1a–1m gezeigt
ist, würde nach oben oder nach unten sein, wenn man auf
die Figuren Bezug nimmt.
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Das
Seil 10, das in 1a gezeigt
ist, enthält einen Last aufnehmenden Komposit-Teil 11,
der einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat und umgeben
ist von einer Polymerschicht 1. Alternativ kann das Seil
auch ohne eine Polymerschicht 1 gebildet sein.
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Das
in 1b gezeigte Seil 20 enthält
zwei Last aufnehmende Komposit-Teile 21 mit rechteckigem Querschnitt,
die nebeneinander angeordnet sind und von einer Polymehrlage 1 umgeben
sind. Die Polymerlage 1 enthält einen Vorsprung 22,
um das Seil zu führen, der in der Mitte zwischen den Kanten
der einer breiten Seite des Seils 10 in der Mitte des Bereichs
zwischen den Teilen 21 ausgebildet ist. Das Seil kann auch mehr
als zwei Komposit-Teile haben, die auf diese Weise nebeneinander
angeordnet sind, wie es in 1c gezeigt
ist.
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Das
in 1d gezeigte Seil 40 enthält
eine Anzahl von Last aufnehmenden Komposit-Teilen 41 mit rechteckigem
Querschnitt, die nebeneinander in Breitenrichtung des Bandes angeordnet
sind und von einer Polymerschicht 1 umgeben sind. Die Last
aufnehmenden Teile, die in der Figur gezeigt sind, sind etwas größer in
der Breite als in der Dicke. Alternativ können sie jedoch
ausgebildet sein, dass sie eine im Wesentlichen quadratische Querschnittsfläche
aufweisen.
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Das
in 1e gezeigte Seil 50 enthält
einen Last aufnehmenden Komposit-Teil 51 mit rechteckigem Querschnitt
mit einem Draht 52, der auf beiden Seiten angeordnet ist,
wobei der Komposit-Teil 51 und der Draht 52 von
einer Polymerschicht 1 umgeben sind. Der Draht 52 kann
ein Seil oder ein Bündel sein und besteht vorzugsweise
aus sehr widerstandsfähigem Material, wie z. B. Metall.
Der Draht hat vorzugsweise den gleichen Abstand von der Seiloberfläche
wie der Komposit-Teil 51 und ist vorzugsweise, jedoch nicht
notwendigerweise von dem Komposit-Teil beabstandet. Jedoch kann
der schützende metallische Teil auch in einer anderen Form
vorgesehen sein, z. B. als metallische Leiste oder Gitter, welches
entlang der Länge des Komposit-Teils entlangläuft.
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Das
in 1f gezeigte Seil 60 enthält
einen Last aufnehmenden Teil 61 mit rechteckiger Querschnittsfläche,
umgeben von einer Polymerschicht 1. Auf einer Oberfläche
des Seils 60 ist eine gezahnte Oberfläche vorgesehen,
die aus einer Vielzahl von zahnförmigen Vorsprüngen 62 besteht,
die vorzugsweise einen kontinuierlichen Teil der Polymerschicht 1 bilden.
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Das
in 1g gezeigte Seil 70 enthält
einen Last aufnehmenden Komposit-Teil 71 mit rechteckiger Querschnittsfläche,
umgeben von einer Polymerschicht 1. Die Kanten des Seils
umfassen vergrößerte Abschnitte 72, die
vorzugsweise Teile der Polymerschicht 1 bilden. Die vergrößerten
Abschnitte bieten den Vorteil, die Kanten des Komposit-Teils zu
führen oder zu schützen, z. B. gegen Ausfransung
oder Durchscheuern.
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Das
in 1h gezeigte Seil 80 enthält
eine Anzahl an Last aufnehmenden Komposit-Teilen 81 mit
rundem Querschnitt, umgeben von einer Polymerschicht 1.
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Das
Seil 90 in 1i zeigt zwei Last aufnehmende
Teile 91 mit rechtwinkliger Querschnittsfläche,
die nebeneinander angeordnet und von einer Polymerschicht 1 umgeben
sind. Die Polymerlage 1 enthält eine Nut 92 in
dem Bereich zwischen den Teilen 91, um das Seil mehr biegbar
zu machen, so dass das Seil sich leicht einer gekurvten Oberfläche
anpasst. Alternativ können die Nuten verwendet werden,
um das Seil zu führen. Das Seil kann auch mehr als zwei
Kompositteile haben, die nebeneinander in dieser Weise angeordnet
sind, wie es z. B. in 1j gezeigt ist.
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Das
in 1k gezeigte Seil 110 enthält
einen lastaufnehmenden Komposit-Teil 111 der eine im Wesentlichen
rechteckige Querschnittform aufweist. Die Breite des lastaufnehmenden
Teils 111 ist größer als seine Dicke
in Querrichtung des Seiles. Das Seil 110 ist geformt worden
ohne überhaupt irgendeine Polymerschicht zu verwenden,
wie dies in den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben
wurde, so dass der lastaufnehmende Teil 111 den gesamten
Querschnitt des Seiles einnimmt.
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Das
Seil 120, das in 1l gezeigt
ist, enthält einen lastaufnehmenden Komposit-Teil 121 mit
im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit jedoch runden Ecken.
Der lastaufnehmende Teil 121 hat in Querschnittsrichtung
des Seiles eine Breite größer als seine Dicke
und ist beschichtet mit einer dünnen Polymerschicht 1.
Der lastaufnehmende Teil 121 nimmt einen großen
Abschnitt der Querschnittsfläche des Seiles 120 ein.
Die Polymerschicht 1 ist in Dickenrichtung sehr dünn
verglichen mit der Dicke des lastaufnehmenden Teil t1 des Seiles.
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Das
Seil 130, das in 1m gezeigt
ist, zeigt gegenseitig benachbarte lastaufnehmende Kompositteile 131 mit
im Wesentlichen rechteckiger Querschnittsform mit runden Ecken.
Der lastaufnehmende Teil 131 hat eine Breite größer
als seine Dicke in Querrichtung des Seiles und ist beschichtet mit
einer dünnen Polymerschicht 1. Der lastaufnehmende
Teil 131 nimmt einen großen Anteil des Querschnitts
des Seiles 130 ein. Die Polymerschicht 1 ist sehr
dünn verglichen mit der Dicke des lastaufnehmenden Teils
in Dickenrichtung t1 des Seiles. Die Polymerschicht 1 hat
vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1,5 mm, vorzugsweise um
die 1 mm.
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Jedes
der vorstehend genannte beschriebenen Seile enthält wenigstens
einen integrierten lastaufnehmenden Komposit-Teil 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 11, 121,
der synthetische Verstärkungsfasern aufweist die in einer
Polymer-Matrix eingebetet sind. Die Verstärkungsfasern
sind vorzugsweise kontinuierliche, d. h. durchlaufende Fasern. Sie
erstrecken sich in Längsrichtung des Seiles, so dass eine
Zugbeanspruchung automatisch auf die Fasern in ihrer Längsrichtung
wirkt. Die die Verstärkungsfasern umgebende Matrix hält
die Fasern in einer im Wesentlichen unveränderten Position
relativ zueinander. Dadurch, dass sie etwas elastisch ist, dient
die Matrix als ein Mittel zum Ausgleichen und Verteilen der auf
die Fasern aufgebrachten Kraft, und reduziert die Kontakte zwischen
den Fasern und damit die interne Abnutzung des Seiles, womit die Lebensdauer
des Seiles erhöht wird. Eine eventuelle Längsbewegung
zwischen den Fasern besteht in der elastischen Scherung die auf
die Matrix ausgeübt wird, jedoch besteht der Haupteffekt
der beim Biegen auftritt, im Dehnen des Gesamtmaterials des Komposit-Teils
und nicht in einer Relativbewegung zwischen diesem. Die Verstärkungsfasern
bestehen am vorteilhaftesten aus Karbonfasern, welche Charakteristika
aufweisen wie gute Zugsteifigkeit, eine Struktur geringen Gewichts
und gute thermische Eigenschaften. Alternativ ist eine Verstärkung,
die für einige Anwendung geeignet ist, eine Glasfaserverstärkung,
welche unter anderem eine bessere elektrische Isolierung bietet.
In diesem Fall hat das Seil eine etwas geringere Zugsteifigkeit,
so dass es möglich ist Antriebsscheiben kleinen Durchmessers
zu verwenden. Die Komposit-Matrix in der die unterschiedlichen Fasern
so homogen wie möglich verteilt sind, besteht vorzugsweise
aus Epoxid, welches eine gute Adhäsion zu den Verstärkungen
hat und eine gute Festigkeit und welches sich vorteilhaft verhält
in Kombination mit Glas- als auch Karbonfasern. Alternativ ist es
möglich, z. B. Polyester oder Vinylester zu verwenden.
Am vorteilhaftesten enthält der Komposit-Teil 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120 ungefähr 60%
Karbonfasern und 40% Epoxid. Wie oben ausgeführt, kann
das Seil eine Polymerschicht 1 aufweisen. Die Polymerschicht 1 enthält
vorzugsweise ein Elastomer, am vorteilhaftesten ein Elastomer mit
hoher Friktion wie z. B. Polyurethan, so dass die Friktion zwischen
der Antriebsscheibe und dem Seil ausreichend ist, um das Seil zu
bewegen.
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Die
Tabelle unten zeigt die vorteilhaften Eigenschaften von Karbonfasern
und Glasfasern. Die haben gute Festigkeits- und Steifheitseigenschaften
während sie auch eine gute thermische Resistenz aufweisen, was
wichtig bei Aufzügen ist, weil eine geringe thermische
Resistenz resultieren kann in einem Schaden der Hebeseile oder auch
dahin das die Seile Feuer fangen können, was ein Sicherheitsrisiko
darstellt. Eine gute thermische Leitfähigkeit verbessert
unter anderem die Übertragung von Friktionswärme
wobei eine überstarke Aufheizung der Antriebsscheibe oder
eine Speicherung von Hitze den Seilelementen reduziert wird.
| | Glasfaser | Karbonfaser | Aramidfaser |
| Dichte | Kg/m3 | 2540 | 1820 | 1450 |
| Festigkeit | N/mm2 | 3600 | 4500 | 3620 |
| Steifheit | N/mm2 | 75000 | 200000–600000 | 75000
... 120000 |
| Erweichungstemperatur | deg/C | 850 | >2000 | 450
... 500, carbonisiert |
| Thermische
Leitfähigkeit | W/mK | 0.8 | 105 | 0.05 |
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2 zeigt
einen Aufzug gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei welchem ein bandförmiges Seil verwendet
wird. Die Seile A und B sind vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise
ausgebildet gemäß einer der 1a bis 1l.
Eine Anzahl von bandförmigen Seilen A und B sind um die
Treibscheibe 2 herum geführt, wobei eines auf
dem anderen zu liegen kommt. A und B haben eine bandförmiges
Design und das Seil A liegt gegen die Antriebsscheibe 2 auf
und Seil B liegt auf dem Seil A auf, so dass die Dicke jedes bandförmigen
Seils A und B in Richtung der zentralen Achse der Antriebsscheibe 2 größer
ist als in radialer Richtung der Antriebsscheibe 2.
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Die
an unterschiedlichen Radien sich bewegenden Seile A und B haben
unterschiedliche Geschwindigkeiten. Die Seile A und B, die um die
Umlenkrolle 4 herumlaufen, welche auf der Aufzugskabine
oder dem Gegengewicht 3 montiert ist, sind miteinander
verbunden durch eine Kette 5, die die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen
den Seilen A und B kompensiert die sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
bewegen. Die Kette ist um eine frei rotierende Umlenkrolle 4 herumgeführt,
sodass, falls notwendig, das Seil um die Umlenkrolle mit einer Geschwindigkeit
laufen kann, die der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Seilen
A und B entspricht, die gegen die Antriebsscheibe A aufliegen. Diese
Kompensation kann auch auf andere Weise realisiert werden als unter
Verwendung einer Kette. Anstelle einer Kette ist es möglich
z. B. ein Band oder ein Seil zu verwenden. Alternativ ist es möglich,
die Kette 5 wegzulassen und das Seil A und B, das in der
Figur gezeigt ist, als ein einziges durchlaufendes Seil zu verwenden,
welches um die Umlenkrolle 4 herum läuft und wieder nach
oben so dass ein Teil des Seiles gegen den anderen Teil des gleichen
Seiles anliegt, welches wiederum gegen die Treibscheibe anliegt.
Seile, die übereinander aufliegen, können auch
nebeneinander auf der Antriebsscheibe aufliegen wie es in 3 gezeigt
ist, was eine effektive Platznutzung ermöglicht. Zusätzlich
ist es möglich, auch mehr als zwei Seile übereinander
um die Treibscheibe herumzuführen.
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3 zeigt
ein Detail des Aufzugs gemäß 2,
dargestellt in Richtung des Schnittes A-A. Getragen auf der Treibscheibe
sind eine Anzahl von übereinanderliegenden Seilen A und
B, die nebeneinander angeordnet sind, wobei jeder Satz von übereinanderliegenden
Seilen eine Anzahl von bandförmigen Seilen A und B aufweist.
In der Figur sind die übereinanderliegenden Seilen von
den benachbarten übereinanderliegenden Seilen durch einen
Vorsprung u von einander getrennt, welcher auf der Oberfläche
der Treibscheibe ausgebildet ist, welcher Vorsprung u sich vorzugsweise
von der Oberfläche der Treibscheibe entlang der gesamten Länge
des Umfangs erstreckt so dass der Vorsprung u die Seile führt.
Die zueinander parallelen Vorsprünge u auf der Treibscheibe 2 bilden
somit zwischen sich nutenförmige Führungsflächen
für die Seile A und B. Die Vorsprünge u haben
vorzugsweise eine Höhe, die wenigstens zur Mitte der Materialstärke
des letzten Seils B der übereinanderliegenden Seile hoch
ragt, gesehen in einer Abfolge startend von der Oberfläche
der Treibscheibe 2. Falls gewünscht, ist es natürlich
auch möglich, die Treibscheibe in 3 ohne die
Vorsprünge auszubilden oder mit anders geformten Vorsprüngen.
Selbstverständlich kann der beschriebene Aufzug, falls
dies gewünscht wird, auch realisiert werden in einer Weise,
dass keine nebeneinander liegenden Seile sondern lediglich übereinanderliegende
Seile A, B auf der Treibscheibe verwendet werden. Das Anordnen der
Seile übereinander ermöglicht eine kompakte Konstruktion
und erlaubt die Verwendung einer Treibscheibe mit einer kürzeren
Abmessung in axialer Richtung.
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4 zeigt
das Seilsystem eines Aufzugs gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung bei welcher das Seil 8 angeordnet wurde unter
Verwendung eines Layouts eines gegenläufigen Umlenkungstyps,
d. h. ein Layout bei welchem die Biegerichtung variiert wenn das
Seil von der Rolle 2 zu der Rolle 7 läuft
und weiter zu der Rolle 9. In diesem Fall ist der Seilabstand
d frei einstellbar, weil die Variation in der Biegungsrichtung nicht schädlich
ist, wenn ein Seil gemäß der Erfindung verwendet
wird. Weil das Seil nicht gegenseitig verflochten ist, behält
es seine Struktur beim Biegen und ist dünn in der Biegerichtung.
Gleichzeitig kann der Winkel, über welchem das Seil in
Kontakt mit der Antriebsscheibe bleibt, mehr als 180 Grad betragen,
was hinsichtlich der Reibung vorteilhaft ist. Die Figur zeigt nur
eine Ansicht des Seilsverlaufs im Bereich der Umlenkrollen. Von
den Rollen 2 und 9 kann das Seil 8 gemäß einer
bekannten Technologie zu der Aufzugskabine und/oder dem Gegengewicht
oder einer Verankerung im Aufzugsschacht geführt sein.
Dies kann realisiert werden z. B. derart, dass das Seil von der
Rolle 2, die als Antriebsscheibe fungiert, zu der Aufzugskabine
läuft, und von der Rolle 9 zu dem Gegengewicht
oder andersrum. In der Konstruktion ist das Seil 8 vorzugsweise
eins von denen, die in den 1a bis 1l gezeigt
sind.
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5 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Aufzugs, welcher versehen ist
mit einer Zustandsüberwachungsanordnung zum überwachen
des Zustandes des Seiles 213, insbesondere zum überwachen
des Zustandes der Polymerbeschichtung, welche den lastaufnehmenden Teil
umgibt. Das Seil ist vorzugsweise eines Typs, wie er in den 1a bis 1l gezeigt
ist, und enthält einen elektrisch leitfähigen
Teil, vorzugsweise einen Teil, der Karbonfasern enthält.
Die Zustandsüberwachungsanordnung enthält eine
Zustandsüberwachungseinrichtung 210, welche mit
dem Ende des Seiles 213 verbunden ist, mit dem lastaufnehmenden
Teil des Seils 213 und an einem Punkt nahe seiner Verankerung 216,
welcher Teil elektrisch leitfähig ist. Die Anordnung enthält
weiterhin einen Leiter 212, der mit einer elektrisch leitfähigen, vorzugsweise
metallischen Umlenkrolle 211 verbunden ist welche das Seil 213 führt,
und auch mit der Zustandsüberwachungseinrichtung 210.
Die Zustandsüberwachungseinrichtung 210 verbindet
die Leiter 212 und 214, und ist dazu konzipiert,
eine Spannung zwischen den Leitern zu erzeugen. Wenn die elektrisch
leitfähige Polymerbeschichtung abgenutzt wird, wird deren
Isolationsfähigkeit reduziert. Schließlich kommen
die elektrisch leitfähigen Teile innerhalb des Seiles in
Kontakt mit der Rolle 211, wobei der elektrische Kreis
zwischen den Leitern 214 und 212 geschlossen wird.
Die Zustandsüberwachungsreinrichtung 210 enthält
weiterhin eine Einrichtung zum Überwachen einer elektrischen
Eigenschaft des Kreises, welcher durch die Leiter 212 und 214,
das Seil 213 und die Rolle 211 gebildet wird.
Diese Einrichtung kann z. B. einen Sensor und einen Prozessor umfassen,
welcher beim Detektieren einer Änderung der elektrischen
Eigenschaft einen Alarm über eine übermäßige
Seilabnutzung aktiviert. Die zu überwachende elektrische
Eigenschaft kann z. B. eine Änderung in dem elektrischen
Strom sein, der durch den oben genannten Kreis fließt oder
in dem elektrischen Widerstand oder eine Änderung im magnetischen
Feld oder Spannung.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Aufzugs, welche mit einer Zustandsüberwachungsanordnung
versehen ist, zum Überwachen des Zustandes des Seiles 219,
insbesondere zum Überwachen des Zustandes des lastaufnehmenden
Teils. Das Seil 219 ist vorzugsweise eines der Seilarten,
die oben beschrieben wurden und weist wenigstens einen elektrisch
leitfähigen Teil 217, 218, 220, 221 auf,
vorzugsweise einen Teil, der Karbonfasern enthält. Die
Zustandsüberwachungsanordnung enthält eine Zustandsüberwachungseinrichtung 210,
die mit dem elektrisch leitfähigen Teil des Seils verbunden
ist, der vorzugsweise der lastaufnehmende Teil ist. Die Zustandsüberwachungseinrichtung 210 enthält eine
Einrichtung wie z. B. eine Spannungs- oder Stromquelle zum Senden
eines Excitations-Signals in dem lastaufnehmenden Teil des Seiles 219 und
eine Einrichtung zum Detektieren eines Antwortsignals aus einem anderen
Punkt des lastaufnehmenden Teils oder aus einem damit verbundenen
Teil, welches auf das übertragende Signal antwortet. Auf
der Basis des Antwortsignals, vorzugsweise indem es mittels eines
Prozessors mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird ist
die Zustandsüberwachungseinrichtung dazu konzipiert, auf
den Zustand des lastaufnehmenden Teils in dem Bereich zwischen dem
Eingangspunkt des Excitations-Signals und dem Messpunkt des Antwortsignals
rückzuschließen. Die Zustandsüberwachungseinrichtung
ist dazu konzipiert, einen Alarm zu aktivieren, wenn das Antwortsignal
nicht innerhalb eines gewünschten Wertebereichs liegt.
Das Antwortsignal ändert sich, wenn eine Änderung
in einer elektrischen Eigenschaft auftritt abhängig von
dem Zustand des lastaufnehmenden Teils des Seils, wie z. B. der
Widerstand oder die Kapazität. Zum Beispiel generiert ein
Anstieg des elektrischen Widerstandes aufgrund von Brüchen
eine Änderung im Antwortsignal, aus welcher Änderung
abgeleitet werden kann, dass sich der lastaufnehmende Teil in einem
schlechten Zustand befindet. Vorzugsweise wird eine Anordnung gemäß 6 verwendet,
in welcher die Zustandsüberwachungseinrichtung 210 an
einem ersten Ende des Seils 219 angeordnet und mit zwei
lastaufnehmenden Teilen 217, 218 verbunden ist,
welche an dem zweiten Ende des Seils 219 durch elektrische Leiter 222 miteinander
verbunden sind. Mit dieser Anordnung kann der Zustand beider Teile 217, 218 gleichzeitig überwacht
werden. Wenn mehrere Objekte zu überwachen sind, kann die
Störung, die durch wechselseitig nebeneinander liegende
lastaufnehmende Teile verursacht wird, reduziert werden, indem nicht
nebeneinander liegende lastaufnehmende Teile mit elektrischen Leitern 222 miteinander
verbunden werden, vorzugsweise indem jeder zweite Teil miteinander
und mit der Zustandsüberwachungseinrichtung 210 verbunden
wird.
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7 zeigt
eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Aufzugs in welchem das Aufzugsseilsystem ein oder mehrere Seile 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120 enthält.
Das erste Ende des Seils 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 8 ist
mit der Aufzugskabine 3 verbunden und das zweite Ende mit
dem Gegengewicht 6. Das Seil wird angetrieben mittels einer Antriebsscheibe 2,
die an dem Gebäude getragen ist, welche Antriebsscheibe
mit einer Antriebsquelle verbunden ist, wie z. B. einem Elektromotor
nicht dargestellt, der der Treibscheibe eine Rotation verleiht.
Das Seil entspricht in seiner Konstruktion vorzugsweise einem der 1a–1l.
Der Aufzug ist vorzugsweise ein Passagieraufzug der installiert
wurde, um in einem Aufzugschacht S in dem Gebäude zu fahren.
Der in 7 gezeigte Aufzug kann mit gewissen Modifikationen für
unterschiedliche Hebehöhen verwendet werden.
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Ein
vorteilhafter Hebehöhenbereich für den in 7 gezeigten
Aufzug ist über 100 m, vorzugsweise über 150 m
und insbesondere über 250 m. In Aufzügen mit dieser
Größenordnung von Hebehöhen haben die Seilmassen
bereits einen sehr großen Einfluss auf die Energieeffizienz
und die Strukturen des Aufzugs. Konsequenterweise ist die Verwendung
eines erfindungsgemäßen Seils zum Bewegen der
Aufzugskabine 3 eines Hochhausaufzuges vorteilhaft, weil
in Aufzügen, die für große Hebehöhen
konzipiert sind, die Seilmassen einen besonders großen
Effekt haben. Somit ist es unter anderem möglich, einen
Hochhausaufzug mit einem reduzierten Energiebedarf zu erzielen.
Wenn der Hebehöhenbereich für den Aufzug in 7 über
100 m beträgt, ist es vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt
notwendig, den Aufzug mit einem Kompensationsseil zu versehen.
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Die
beschriebenen Seile sind auch gut anwendbar für die Verwendung
in Aufzügen mit Gegengewicht, z. B. in Passagieraufzügen
in Wohngebäuden, die eine Hebehöhe von mehr als
30 m haben. Im Falle derartiger Hebehöhen sind traditionell
Kompensationsseile notwendig gewesen. Die vorliegende Erfindung
erlaubt es, dass die Masse der Kompensationsseile reduziert oder
sogar insgesamt eliminiert wird. Diesbezüglich sind die
hier beschriebenen Seile auch besser anwendbar für die
Verwendung in Aufzügen die eine Hebehöhe von 30–80
m haben, weil in diesen Aufzügen die Notwendigkeit für
ein Kompensationsseil eliminiert werden kann. Jedoch beträgt
die Hebehöhe am vorteilhaftesten über 40 m, weil
im Falle solcher Höhen die Notwendigkeit für ein
Kompensationsseil am kritischsten ist und unterhalb 80 m, in welchen
Höhenbereich durch Verwendung von Seilen geringen Gewichts
der Aufzug, wenn es gewünscht ist, immer noch ohne die
Verwendung von Kompensationsseilen ausgebildet werden kann. 7 zeigt
lediglich ein Seil, jedoch werden vorzugsweise das Gegengewicht
und die Aufzugskabine durch eine Anzahl von Seilen miteinander verbunden.
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In
der vorliegenden Erfindung betrifft die Bezeichnung ”lastaufnehmender
Teil” ein Seilelement, welches einen signifikanten Anteil
der Last trägt, welche auf das Seil in dessen Längsrichtung
wirkt, z. B. die Last, die durch eine Aufzugskabine und/oder das
Gegengewicht auf das Seil wirkt. Die Last produziert oder erzeugt in
dem lastaufnehmenden Teil eine Spannung in Längsrichtung
des Seiles, welche Spannung weiter in Längsrichtung des
Seiles innerhalb des lastaufnehmenden Teils übertragen
wird. Somit kann der lastaufnehmende Teil z. B. die Längskraft übertragen,
die auf das Seil durch die Treibscheibe zum Gegengewicht und/oder
zur Aufzugskabine übertragen wird, um diese zu bewegen.
Zum Beispiel in 7, wo das Gegengewicht 6 und die
Aufzugskabine 3 getragen sind durch das Seil 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120,
präziser gesprochen durch den lastaufnehmenden Teildes
Seils, welcher lastaufnehmende Teil sich von der Aufzugskabine 3 zu
dem Gegengewicht 6 erstreckt. Das Seil 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120 ist
an dem Gegengewicht und der Aufzugskabine befestigt. Die Spannung,
die erzeugt wird durch das Gewicht des Gegengewichts/Aufzugskabine
wird von dem Sicherungspunkt über den lastaufnehmenden
Teil des Seiles 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120 von
dem Gegengewicht/Aufzugskabine nach oben zumindest zu der Treibscheibe 2 übertragen.
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Wie
oben bereits erwähnt wurde, sind die Verstärkungsfasern
des lastaufnehmenden Teils in dem erfindungsgemäßen
Seil 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 8,
A, B für eine Hebemaschine insbesondere eines Seils für
einen Personenaufzug vorzugsweise kontinuierliche Fasern. Somit
sind die Fasern vorzugsweise lange Fasern, möglichst Fasern,
die sich über die gesamte Länge des Seiles erstrecken. Daher
kann das Seil produziert werden durch Aufwickeln der Verstärkungsfasern
von einem kontinuierlichen Fasertau, in welchem eine Polymermatrix
absorbiert wird. Im Wesentlichen alle der Verstärkungsfasern
des lastaufnehmenden Teils 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 121 sind
vorzugsweise aus ein und dem selben Material hergestellt.
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Wie
oben dargelegt, sind die Verstärkungsfasern in dem lastaufnehmenden
Teil 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121 in
einer Polymermatrix enthalten. Dies bedeutet, dass in der Erfindung
einzelne Verstärkungsfasern durch eine Polymermatrix zusammengebunden
sind, z. B. indem diese während der Herstellung in das
Polymermatrixmaterial eingetaucht werden. Daher haben die einzelnen
Verstärkungsfasern die durch die Polymermatrix miteinander
verbunden sind zwischen sich etwas von dem Polymer der Matrix. In
der Erfindung ist eine große Anzahl von Verstärkungsfasern,
die zusammengebunden sind und sich in Längsrichtung des
Seiles erstrecken in der Polymermatrix verteilt. Die Verstärkungsfasern
sind vorzugsweise im Wesentlichen gleichförmig, d. h. homogen
in der Polymermatrix verteilt, so dass der lastaufnehmende Teil
so homogen wie möglich ist, gesehen in Querschnittsrichtung
des Seiles. In anderen Worten: die Faserdichte in dem Querschnitt
des lastaufnehmenden Teils variiert somit nicht stark. Die Verstärkungsfasern
zusammen mit der Matrix bilden einen lastaufnehmenden Teil innerhalb
dessen keine aufscheuernde Relativbewegung stattfindet, wenn das
Seil gebogen wird. In der Erfindung sind die einzelnen Verstärkungsfasern
in dem lastaufnehmenden Teil 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131 hauptsächlich
durch die Polymermatrix umgeben. Jedoch können Faser-Faser
Kontakte hier und da auftreten, weil es schwierig ist, die Positionen
der einzelnen Fasern relativ zueinander während der gleichzeitigen
Imprägnierung mit der Polymermatrix zu überwachen
oder zu steuern, und andererseits ist eine komplette Eliminierung
zufälliger Faser-Faser Kontakte keine absolute Notwendigkeit
hinsichtlich der Funktion der Erfindung. Jedoch sind diese zufälligen
Ereignisse möglichst zu reduzieren. So ist es möglich,
einzelne Verstärkungsfasern vorzuimprägnieren,
so dass sie bereits eine Polymerbeschichtung aufweisen, bevor die
einzelnen Verstärkungsfasern zusammen verbondet werden.
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In
der Erfindung enthalten die einzelnen Verstärkungsfasern
des lastaufnehmenden Teils 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131 Polymermatrix-Material
um sich herum. Die Polymermatrix ist somit unmittelbar gegen die
Verstärkungsfasern angeordnet obwohl dazwischen eine dünne
Beschichtung auf der Verstärkungsfaser vorgesehen sein
kann, z. B. ein Primer, der während der Produktion auf
der Oberfläche der Verstärkungsfaser angeordnet
wird, um die chemische Adhäsion an das Matrix-Material
zu verbessern. Einzelne Verstärkungsfasern sind gleichförmig
in dem lastaufnehmenden Teil 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131 verteilt,
so dass die einzelnen Verstärkungsfasern etwas Matrixpolymer-Material
zwischen sich aufweisen. Vorzugsweise sind die meisten Abstände
oder Räume zwischen den einzelnen Verstärkungsfasern
in dem lastaufnehmenden Teil mit Matrixpolymer gefüllt.
Am vorteilhaftesten sind möglichst im Wesentlichen alle
Räume zwischen den einzelnen Verstärkungsfasern
in dem lastaufnehmenden Teil mit Matrixpolymer gefüllt.
In den Zwischenfaserbereichen können Poren auftreten, es
ist jedoch vorteilhaft die Anzahl dieser zu minimieren.
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Die
Matrix des lastaufnehmenden Teils 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131 hat
vorzugsweise harte Materialeigenschaften. Eine harte Matrix hilft
bei Stützen der Verstärkungsfasern, insbesondere
wenn das Seil gebogen wird. Beim Biegen werden die Verstärkungsfasern,
die am nähesten an der äußeren Oberfläche
des gebogenen Seiles liegen, einer Spannung unterworfen, wohingegen
die Karbonfasern, die am nähesten an der inneren Oberfläche
liegen, einer Kompression in Längsrichtung unterworfen
werden. Eine Kompression tendiert dazu, ein Verbiegen oder ein wellig
werden der Verstärkungsfasern zu verursachen. Indem ein
hartes Material für die Polymermatrix ausgewählt
wird, ist es möglich, zu verhindern, dass die Fasern wellig
werden, weil ein hartes Material eine Stütze für
die Fasern bieten kann, und somit diese von einem wellig werden
oder Aufstauchen abhält und die Spannungen in dem Seil
ausgleicht. Somit ist es vorzuziehen, unter anderem um eine Reduktion
des Biegeradius des Seils zu erlauben, eine Polymermatrix bestehend
aus einem harten Polymer zu verwenden, vorzugsweise ein anderes
Polymer als ein Elastomer (ein Beispiel eines Elstomers: Gummi)
oder ein Material mit ähnlichem, elastischem Verhalten
oder Nachgiebigkeit. Am meisten bevorzugten Materialen sind Epoxid,
Polyester, Phenolkunststoff oder Vinylester. Die Polymermatrix ist
vorzugsweise so hart, dass ihr Elastizitätskoeffizient
E über zwei GPa liegt, vorzugsweise über 2,5 GPa.
In diesem Fall liegt der Elastizitätskoeffizient vorzugsweise
im Bereich von 2,5–10 GPa, insbesondere im Bereich von 2,5–3,5
GPa.
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8 zeigt
innerhalb eines Kreises einen teilweisen Querschnitt der Oberflächenstruktur
des lastaufnehmenden Teils in Längsrichtung des Seils gesehen,
welcher Querschnitt die Art und Weise zeigt, wie die Verstärkungsfasern
in dem lastaufnehmenden Teilen 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 11, 121, 131,
die woanders in der Anmeldung beschrieben sind, vorzugsweise in
der Polymermatrix angeordnet sind. Die Figur zeigt, wie die Verstärkungsfasern
F im Wesentlichen gleichförmig in der Polymermatrix M verteilt
sind, welche die Fasern umgibt und an den Fasern anhaftet. Die Polymermatrix
M füllt die Räume zwischen den Verstärkungsfasern
F, und dadurch, dass sie aus zusammenhängenden Material
besteht, bindet sie im Wesentlichen alle Verstärkungsfasern
F in der Matrix zusammen. Dies verhindert ein gegenseitiges Aufreiben
oder Aufscheuern zwischen den Verstärkungsfasern F und
ein Scheuern zwischen der Matrix M und den Verstärkungsfasern
F. Zwischen einzelnen Verstärkungsfasern, vorzugsweise
allen Verstärkungsfasern F und Matrix M besteht eine chemische
Bindung welche unter anderen den Vorteil einer strukturellen Kohärenz
bildet. Um die chemische Bindung zu stärken, ist es möglich,
jedoch nicht notwendig, eine (nicht dargestellte) Beschichtung zwischen
den Verstärkungsfasern und der Polymermatrix M vorzusehen.
Die Polymermatrix M ist woanders in der Anmeldung beschrieben und
kann, neben einem Basispolymer, auch Additive zur Feineinstellung
der Matrixeigenschaften aufweisen. Die Polymermatrix M besteht vorzugweise
aus einem harten Elastomer.
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In
der Verwendung gemäß der Erfindung wird ein Seil,
das in Verbindung mit einer der 1a–1m beschrieben
ist, als das Hebeseil eines Aufzugs, insbesondere eines Passagieraufzugs
oder Personenaufzugs verwendet. Einer der erzielten Vorteile ist
eine verbesserte Energieeffizienz des Aufzugs. In der erfindungsgemäßen
Verwendung sind wenigstens ein Seil, vorzugsweise jedoch eine Anzahl
von Seilen einer derartigen Konstruktion, dass in Querrichtung des
Seiles die Breite des Seiles größer ist als seine
Dicke dazu konzipiert, eine Aufzugskabine zu Tragen und zu Bewegen,
welches Seil einen lastaufnehmenden Teil 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131 aufweist,
der aus einem Komposit-Material besteht, welches Komposit-Material
Verstärkungsfasern enthält, die aus Karbonfasern
oder Glasfasern in einer Polymermatrix bestehen. Das Hebeseil ist
am bevorzugtesten an einem Ende an der Aufzugskabine befestigt und
an dem anderen Ende an einem Gegengewicht in der Weise, wie es in
Verbindung mit 7 beschrieben wurde. Jedoch
ist es auch anwendbar für Aufzüge ohne Gegengewicht.
Obwohl die Figuren nur Aufzüge mit einem 1:1 Aufhängungsverhältnis
zeigen, ist das beschriebene Seil auch anwendbar für die
Verwendung als Hebeseil in einem Aufzug mit einem 1:2 Aufhängungsverhältnis.
Das Seil 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 8 A,
B ist insbesondere gut geeignet für die Verwendung als
Hebeseil in einem Aufzug mit einer großen Hebehöhe, vorzugsweise
in einem Aufzug mit einer Hebehöhe von mehr als 100 m.
Das beschriebene Seil kann auch verwendet werden, um einen neuen
Aufzug ohne ein Kompensationsseil zu realisieren oder um einen alten
Aufzug in einen ohne Kompensationsseil zu ändern. Das vorgeschlagene
Seil 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 8 A,
B ist gut anwendbar für die Verwendung in einem Aufzug
mit einer Hebehöhe von über 30 m, vorzugsweise
30–80 m, am bevorzugtesten 40–80 m und realisiert
ohne ein Kompensationsseil. ”Realisiert ohne Kompensationsseil” bedeutet
dass das Gegengewicht und die Aufzugskabine nicht mit einem Kompensationsseil
verbunden sind. Dennoch obwohl es kein spezifisches Kompensationsseil gibt,
ist es möglich das ein Kabinenkabel, das an der Aufzugskabine
befestigt und insbesondere angeordnet ist, um zwischen dem Aufzugsschacht
und der Aufzugskabine zu hängen, bei der Kompensation eines
Ungleichgewichts der Kabinenseilmassen partizipieren kann. Im Fall
eines Aufzugs ohne Kompensationsseil ist es vorteilhaft das Gegengewicht
mit einer Einrichtung zu versehen, die dazu konzipiert ist, die
Gegengewichtsführungsschienen zu greifen, im Falle das
Gegengewicht aufschlägt oder in Schwingungen kommt, welche
Aufprall- oder Aufhüpf- oder Schwingsituation detektiert
werden kann durch einen Schwing- oder Hüpfüberwachungseinrichtung,
z. B. aus einem Abfall in der Spannung des Seiles, welches das Gegengewicht
trägt.
-
Es
ist offensichtlich, dass die Querschnitte, die in der vorliegenden
Anmeldung beschrieben wurden, auch bei Seilen angewendet werden
können, bei welchen das Komposit mit irgendeinem anderen
Material ersetzt worden ist, wie z. B. Metall. Es ist in gleicher
Weise offensichtlich, dass ein Seil, das einen geraden Kompositlastaufnahmeteil
hat, einen anderen Querschnitt haben kann, als die beschriebenen
z. B. einen runden oder ovalen.
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Die
Vorteile der Erfindung werden umso deutlicher, je höher
die Hebehöhe des Aufzugs ist. Durch die Verwendung von
erfindungsgemäßen Seilen ist es möglich,
einen Mega-Hochhaus-Aufzug zu bauen mit einer Hebehöhe
von selbst 500 m. Die Realisierung von Hebehöhen dieser
Größenordnung mit früheren Seilen war praktisch
unmöglich oder zumindest ökonomisch unrealistisch.
Zum Beispiel wenn dort bekannte Seile verwendet worden waren, bei
welchem der lastaufnehmende Teil Metall-Verflechtungen enthält
würden die Hebeseile bis zu 10.000 kg wiegen. Konsequenter
Weise wäre die Masse der Hebeseile beträchtlich
größer als die Tragkraft.
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Die
Erfindung ist beschrieben worden in der Anmeldung von unter schiedlichen
Standpunkten aus. Obwohl die gleiche Erfindung auf andere Weise
definiert werden kann, können definierte Merkmale von anderen
Gesichtspunkten aus etwas voneinander abweichen und somit separate
von einander unabhängige Erfindungen bilden.
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Es
ist offensichtlich für einen Fachmann, dass die Erfindung
nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt
ist, bei welchen die Erfindung lediglich beispielsweise beschrieben
wurde, sondern das viele Variationen und unterschiedliche Ausführungsformen
der Erfindung möglich sind innerhalb des Schutzbereich
des Erfindungskonzepts, wie es in den nachfolgenden Ansprüchen
definiert ist. Es ist somit offensichtlich, dass die beschriebenen
Seile mit einer gezahnten Struktur oder irgendeiner anderen Art
von gemusterter Oberfläche versehen sein können,
um einen positiven, d. h. hintergreifenden Kontakt mit der Antriebsscheibe
zu bilden. Es ist ebenfalls offensichtlich, dass die rechteckigen
Komposit-Teile, die in den 1a–1l gezeigt
wurden, Kanten/Ecken aufweisen die stärker gerundet sind
als die dargestellten oder Kanten/Ecken die überhaupt nicht
abgerundet sind. In gleicher Weise kann die Polymerschicht 1 der
Seile Ecken aufweisen die stärker gerundet sind, als die
dargestellt, oder Ecken, die überhaupt nicht abgerundet sind.
Es ist gleicher Weise offensichtlich, dass der lastaufnehmende Teil/die
lastaufnehmenden Teile 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91 in
den Ausführungsformen der 1a–1j angeordnet
sein können um den größten Teil des Querschnitts
des Seiles einzunehmen. In diesem Fall wird die hüllenartige
Polymerschicht 1, die den lastaufnehmenden Teil bzw. die
lastaufnehmenden Teile umgibt, dünner gemacht verglichen
mit der Dicke des lastaufnehmenden Teils in Dickenrichtung t1 des
Seiles. Es ist gleicher Weise offensichtlich, dass in Verbindung
mit den in den 2, 3 und 4 gezeigten
Lösungen es möglich ist, andere Typen von Bändern zu
verwenden als die dargestellten. Es ist in gleicher Weise offensichtlich,
dass sowohl Karbonfasern als auch Glasfasern in ein und dem gleichen
Komposit-Teil verwendet werden können. Es ist gleicher
Maßen offensichtlich, dass die Dicke der Polymerschicht
von der beschriebenen abweichen kann. Es ist gleicher Weise klar, dass
der scherbeständige Teil verwendet werden kann als eine
zusätzliche Komponente mit irgendeiner anderen Seilstruktur
die in dieser Anmeldung gezeigt wurde. Es ist gleicher Maßen
offensichtlich, dass das Matrixpolymer, in welchem die Verstärkungsfasern
verteilt sind, Hilfsmaterialen enthalten kann – die in
das Basismatrixpolymer eingemischt sind, wie z. B. Epoxid – wie
z. B. Verstärkungen, Füller, Farbstoffe, feuerschutzbeständige
Stoffe, Stabilisierer oder entsprechende Materialen. Es ist in gleicher
Weise offensichtlich, dass, obwohl die Polymermatrix vorzugsweise
nicht aus einem Elastomer besteht, die Erfindung auch verwendet
werden kann unter Verwendung einer Elastomer-Matrix. Es ist ebenfalls
offensichtlich, dass die Fasern nicht notwendiger Weise rund im
Querschnitt sein müssen sondern sie irgendein anderen Querschnitt
haben können. Es ist weiterhin offensichtlich, dass Hilfsmaterialen
wie z. B. Verstärkungen, Füller, Farbstoffe, Feuerbeständigkeitsmittel,
Stabilisierer oder entsprechende Stoffe in das Basispolymer der
Schicht 1 eingemischt sein können, z. B. in Polyurethan.
Es ist in gleicher Weise offensichtlich, dass die Erfindung auch
ausgeführt werden kann in Aufzügen, die für
andere Hebehöhen konzipiert sind als sie oben beschrieben
wurden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1640307
A2 [0002]
- - FI 97/00823 [0002]