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Technisches Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aufzugseil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und einen Aufzug gemäß dem Obergriff des Anspruchs 23 und eine Verwendung gemäß dem Obergriff des Anspruchs 33.
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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
WO 98/29 326 A1 gezeigt ist, bei welchem der lastaufnehmende Teil ein Aramidtextilgewebe ist, welches von Polyurethan umgeben ist.
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Die
DE 38 13 338 A1 zeigt ein Endlosband, z. B. für Förderbänder, bei welchem Bewehrungsfasern in einer elastischen Polymermatrix, insbesondere Thermoplaste eingebettet sind. Die
DE 87 02 678 U1 zeigt Seile unter Verwendung eines Elastomers als Polymermatrix für die Bewehrungsfasern eines kraftaufnehmenden Teils des Seils.
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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 Anspruchs 1. Der Aufzug gemäß der Erfindung ist charakterisiert durch die Merkmale des Anspruchs 23. Die Verwendung gemäß der Erfindung ist charakterisiert durch die Merkmale des Anspruchs 33. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind charakterisiert durch den Gegenstand der zugeordneten abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäße Ausführungsformen werden ebenfalls dargestellt in dem Beschreibungsteil und in den Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung. 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 Glasfasern bestehen. Gemäß 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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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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Gemäß 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 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 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 einstöckiger, 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 eingebettet 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.
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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, so dass, 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 beim 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 bevorzugte Materialien 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 zusammenhängendem 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 dass 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.
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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 wären, 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 dass 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 in 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 in 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 Hilfsmaterialien enthalten kann – die in das Basismatrixpolymer eingemischt sind, wie z. B. Epoxid – wie z. B. Verstärkungen, Füller, Farbstoffe, feuerschutzbeständige Stoffe, Stabilisierer oder entsprechende Materialien. 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 irgendeinen anderen Querschnitt haben können Es ist weiterhin offensichtlich, dass Hilfsmaterialien 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.