DE112021007002T5 - Designverfahren für einen aufzug und aufzug - Google Patents

Abstract

Es werden ein Aufzug und ein Designverfahren für einen Aufzug angegeben, das ein Hauptseil aus einem Verbundmaterial weniger anfällig für Beschädigungen machen kann. Ein Hauptseil (6) eines Aufzugs (1) weist einen Lasttragbereich (17) aus einem Verbundmaterial aus hochfesten Fasern und Harz auf. Ein Designverfahren für einen Aufzug (1) weist einen Druckspannungs-Designschritt und einen Zugspannungs-Designschritt auf. Der Druckspannungs-Designschritt ist ein Schritt zum derartigen Vorgeben eines Designparameters, dass eine maximale Druckspannung an dem Lasttragbereich (17), der entlang einer Seilscheibe gebogen ist, die eine Antriebs-Seilscheibe (13) und eine Umlenk-Seilscheibe (5) aufweist, die Druckfestigkeit nicht überschreitet. Der Zugspannungs-Designschritt ist ein Schritt zum derartigen Vorgeben des Designparameters, dass eine Summe einer maximalen Zugspannung an dem entlang der Seilscheibe gebogenen Lasttragbereich (17) und einer mittleren Spannung, die zusätzlich auf den Lasttragbereich (17) aufgebracht wird, wenn eine Last auf das Hauptseil (6) aufgebracht wird, die erforderlich ist, um den in einem maximalen Lastzustand fahrenden Fahrkorb (7) durch Fallbeschleunigung abzubremsen, die Zugfestigkeit nicht überschreitet.

Description

• Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Designverfahren für einen Aufzug und einen Aufzug.
• Hintergrund
• PTL 1 offenbart ein Beispiel für einen Antriebsriemen, der z. B. um eine Antriebs-Seilscheibe eines Aufzugs geschlungen ist. Bei dem Antriebsriemen wird ein Verbundmaterial aus hochfesten Fasern und Harz, d. h. ein faserverstärkter Kunststoff (FKV), verwendet.
• Literaturliste
• Patentliteratur
• PTL 1: US 2017/0 043 979 A
• Kurzdarstellung
• Technisches Problem
• Üblicherweise muss bei der Verwendung eines Materials für eine Vorrichtung berücksichtigt werden, wie die Vorrichtung verwendet wird. Ein Hauptseil eines Aufzugs, wie etwa ein Antriebsriemen, wird dadurch, dass es um eine Seilscheibe, wie etwa eine Antriebs-Seilscheibe geschlungen wird, gebogen. Wenn das Hauptseil gebogen wird, können auf der Außenseite der Biegung Zugspannungen auftreten, während auf der Innenseite der Biegung Druckspannungen auftreten können.
• In der Ausrichtungsrichtung der hochfesten Fasern eines FKV-Materials ist die Festigkeit gegenüber Druck-spannungen im Verhältnis geringer als die Festigkeit gegenüber Zugspannungen. Somit kann, wenn das FKV-Material in dem Hauptseil verwendet wird, die der Druckspannung ausgesetzte Seite selbst dann beschädigt werden, wenn die der Zugspannung ausgesetzte Seite des Hauptseils nicht beschädigt wird.
• Die vorliegende Erfindung betrifft die Lösung dieses Problems. Die vorliegende Erfindung gibt einen Aufzug und ein Designverfahren für einen solchen Aufzug an, das ein aus einem Verbundmaterial hergestelltes Hauptseil weniger anfällig für Beschädigungen machen kann.
• Lösung des Problems
• Ein Designverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Aufzug, der einen Fahrkorb, eine Seilscheibe und ein Hauptseil mit einem Lasttragbereich aus einem Verbundmaterial aus hochfesten Fasern und Harz aufweist, wobei das Hauptseil um die Seilscheibe geschlungen ist und eine Last des Fahrkorbs trägt, weist Folgendes auf: einen Druckspannungs-Designschritt zum derartigen Vorgeben eines Designparameters für zumindest eines von dem Fahrkorb, der Seilscheibe und dem Hauptseil, dass eine maximale Druckspannung an einem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs die Druckfestigkeit des Lasttragbereichs nicht überschreitet, wenn das Hauptseil den Fahrkorb trägt; und einen Zugspannungs-Designschritt zum derartigen Vorgeben des Designparameters für zumindest eines von dem Fahrkorb, der Seilscheibe und dem Hauptseil, dass die Summe einer maximalen Zugspannung an dem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs und einer mittleren Spannung, die zusätzlich auf den Lasttragbereich aufgebracht wird, wenn eine Last auf das Hauptseil aufgebracht wird, die erforderlich ist, um den in einem maximalen Lastzustand fahrenden Fahrkorb um einen Wert gleich der Fallbeschleunigung abzubremsen, die Zugfestigkeit des Lasttragbereichs nicht überschreitet, wenn das Hauptseil den Fahrkorb trägt.
• Ein Aufzug gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Fahrkorb; eine Seilscheibe; und ein Hauptseil mit einem Lasttragbereich aus einem Verbundmaterial aus hochfesten Fasern und Harz, wobei das Hauptseil um die Seilscheibe geschlungen ist und eine Last des Fahrkorbs trägt, wobei eine solche Belastungslast auf das Hauptseil aufgebracht wird, dass eine maximale Druckspannung an einem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs die Druckfestigkeit des Lasttragbereichs nicht überschreitet, wenn das Hauptseil den Fahrkorb trägt, und eine Summe aus einer maximalen Zugspannung an dem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs und einer mittleren Spannung, die zusätzlich auf den Lasttragbereich aufgebracht wird, wenn eine Last auf das Hauptseil aufgebracht wird, die erforderlich ist, um den in einem maximalen Lastzustand fahrenden Fahrkorb um einen Wert gleich der Fallbeschleunigung abzubremsen, die Zugfestigkeit des Lasttragbereichs nicht überschreitet, wenn das Hauptseil den Fahrkorb trägt.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Das Designverfahren und der Aufzug gemäß der vorliegenden Erfindung können das aus dem Verbundmaterial hergestellte Hauptseil weniger anfällig für Beschädigungen machen, weil die durch das Biegen verursachte Druckspannung durch die Aufbringung einer der Druckfestigkeit und der Zugfestigkeit des Hauptseils entsprechenden Belastungslast reduziert wird.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• In den Zeichnungen zeigen:
• 1 eine Konfigurationsdarstellung eines Aufzugs gemäß einer ersten Ausführungsform.
• 2 eine Schnittansicht des Hauptseils gemäß der ersten Ausführungsform.
• 3 eine Seitenansicht des Hauptseils und der Seilscheibe gemäß der ersten Ausführungsform.
• 4 eine Darstellung, die ein Beispiel für die Positionsabhängigkeit der durch Biegung verursachten Spannung in dem Lasttragbereich gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
• 5 eine Schnittansicht eines Hauptseils gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform.
• 6 eine Darstellung, die ein Beispiel für die wiederholt auf einen Lasttragbereich gemäß der zweiten Ausführungsform aufgebrachte Spannung zeigt.
• 7 ein Beispiel für eine Darstellung der Ermüdungsgrenze des Lasttragbereichs gemäß der zweiten Ausführungsform.
• 8 eine Konfigurationsdarstellung eines Aufzugs gemäß der dritten Ausführungsform.
• 9 eine Konfigurationsdarstellung eines Aufzugs gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform.
• 10 eine Konfigurationsdarstellung eines Aufzugs gemäß einer weiteren Modifikation der dritten Ausführungsform.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Ausführungsformen zur Ausführung des Gegenstands der vorliegenden Erfindung werden mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder einander entsprechende Elemente in den Zeichnungen, und redundante Beschreibungen werden dementsprechend vereinfacht oder weggelassen. Es sei angemerkt, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist und dass jedes Element der Ausführungsformen modifiziert oder weggelassen werden kann, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• Erste Ausführungsform
• 1 ist eine Konfigurationsdarstellung eines Aufzugs 1 gemäß einer ersten Ausführungsform.
• Der Aufzug 1 wird z. B. in einem Gebäude mit mehreren Stockwerken verwendet. In dem Gebäude, in dem der Aufzug 1 verwendet wird, ist ein Aufzugsschacht 2 ausgebildet. Der Aufzugsschacht 2 ist ein Raum, der sich langgestreckt in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung erstreckt. In diesem Beispiel ist oberhalb des Aufzugsschachts 2 ein Maschinenraum 3 ausgebildet. Der Aufzug 1 weist eine Traktionsmaschine 4, eine Umlenk-Seilscheibe 5, ein Hauptseil 6, einen Fahrkorb 7, eine Fahrkorbschiene 8, ein Gegengewicht 9, eine Gegengewichtsschiene 10 und ein Bedienungsfeld 11 auf.
• Die Traktionsmaschine 4 ist z. B. in dem Maschinenraum 3 angeordnet. Wenn der Maschinenraum 3 des Aufzugs 1 nicht vorhanden ist, kann die Traktionsmaschine 4 in einem oberen oder unteren Bereich des Aufzugsschachts 2 angeordnet sein. Die Traktionsmaschine 4 weist einen Motor 12 und eine Antriebs-Seilscheibe 13 auf. Der Motor 12 ist eine Einrichtung, die eine Antriebskraft erzeugt. Die Antriebs-Seilscheibe 13 ist eine Einrichtung, die durch die von dem Motor 12 erzeugte Antriebskraft gedreht wird. Die Antriebs-Seilscheibe 13 ist ein Beispiel für eine Seilscheibe des Aufzugs 1. Die Umlenk-Seilscheibe 5 ist in der Nähe der Antriebs-Seilscheibe 13 angeordnet. Die Umlenk-Seilscheibe 5 ist ein weiteres Beispiel für eine Seilscheibe des Aufzugs 1. Der Durchmesser der Umlenk-Seilscheibe 5 ist z. B. ungefähr gleich dem Durchmesser der Antriebs-Seilscheibe 13.
• Das Hauptseil 6 ist eine seilförmige Einrichtung, die um die Antriebs-Seilscheibe 13 und die Umlenk-Seilscheibe 5 geschlungen ist. Das Hauptseil 6 ist z. B. eine riemenförmige Einrichtung. Das Hauptseil 6 trägt auf einer Seite der Antriebs-Seilscheibe 13 die Last des Fahrkorbs 7. Das Hauptseil 6 trägt auf der anderen Seite der Antriebs-Seilscheibe 13 die Last des Gegengewichts 9. In diesem Beispiel trägt das Hauptseil 6 den Fahrkorb 7 und das Gegengewicht 9 durch Aufhängen des Fahrkorbs 7 und des Gegengewichts 9 in einer Zieheimer-artigen Weise beidseitig der Antriebs-Seilscheibe 13. Eine Seite des Hauptseils 6 wird durch eine zwischen dem Hauptseil 6 und der von dem Motor 12 gedrehten Antriebs-Seilscheibe 13 erzeugte Reibungskraft aus der Antriebs-Seilscheibe 13 herausgeführt. Die andere Seite des Hauptseils 6 wird durch die zwischen dem Hauptseil 6 und der von dem Motor 12 gedrehten Antriebs-Seilscheibe 13 erzeugte Reibungskraft um die Antriebs-Seilscheibe 13 geschlungen.
• Der Fahrkorb 7 ist eine Einrichtung, die in dem Aufzugsschacht 2 in der Aufwärts-Abwärts-Richtung fährt, um einen Benutzer des Aufzugs 1 in der Aufwärts-Abwärts-Richtung zu transportieren. Der Fahrkorb 7 ist in dem Aufzugsschacht 2 angeordnet. Der Fahrkorb 7 fährt in Verbindung mit der Bewegung des Hauptseil 6 durch die Rotation der Antriebs-Seilscheibe 13 in der Aufwärts-Abwärts-Richtung. Der Fahrkorb 7 weist eine Lastgewichts-Messeinrichtung 14 und eine Fahrkorbführung 15 auf. Die Lastgewichts-Messeinrichtung 14 ist eine Einrichtung, die ein Lastgewicht im Inneren des Fahrkorbs 7 detektiert. Die Fahrkorbschiene 8 ist eine sich in der Aufwärts-Abwärts-Richtung länglich erstreckende Einrichtung, die in dem Aufzugsschacht 2 angeordnet ist. Die Fahrkorbschiene 8 ist eine Schiene, die den in der Aufwärts-AbwärtsRichtung fahrenden Fahrkorb 7 durch die Fahrkorbführung 15 führt.
• Das Gegengewicht 9 ist eine Einrichtung, die mit dem Fahrkorb 7 ausbalanciert wird, um ein Gleichgewicht zwischen den Lasten auf beiden Seiten der Antriebs-Seilscheibe 13 herzustellen. Das Gegengewicht 9 ist in dem Aufzugsschacht 2 angeordnet. Das Gegengewicht 9 bewegt sich auf der dem Fahrkorb 7 gegenüberliegenden Seite in der Aufwärts-Abwärts-Richtung in Verbindung mit dem durch die Rotation der Antriebs-Seilscheibe 13 bewegten Hauptseil 6. Das Gegengewicht 9 weist eine Gegengewichtsführung 16 auf. Die Gegengewichtsschiene 10 ist eine sich in der Aufwärts-Abwärts-Richtung länglich erstreckende Einrichtung, die in dem Aufzugsschacht 2 angeordnet ist. Die Gegengewichtsschiene 10 ist eine Schiene, die das sich in der Aufwärts-Abwärts-Richtung bewegende Gegengewicht 9 durch die Gegengewichtsführung 16 führt.
• Das Bedienungsfeld 11 ist eine Einrichtung, die den Betrieb des Aufzugs 1 steuert. Der von dem Bedienungsfeld 11 gesteuerte Betrieb des Aufzugs 1 umfasst das Fahren des Fahrkorbs 7. Das Bedienungsfeld 11 befindet sich z. B. in dem Maschinenraum 3. Wenn der Maschinenraum 3 des Aufzugs 1 nicht vorhanden ist, kann das Bedienungsfeld 11 im oberen oder unteren Bereich des Aufzugsschachts 2 angeordnet sein. Das Bedienungsfeld 11 erfasst z. B. auf der Grundlage des von der Lastgewichts-Messeinrichtung 14 detektierten Lastgewichts eine Gewichtsdifferenz zwischen dem Gewicht des Fahrkorbs 7 einschließlich des Lastgewichts und des Gewichts des Gegengewichts 9. Das Bedienungsfeld 11 meldet die erfasste Gewichtsdifferenz zurück und steuert die Rotation der von dem Motor 12 gedrehten Antriebs-Seilscheibe 13, so dass der Betrieb des Fahrkorbs gesteuert wird.
• 2 ist eine Schnittansicht des Hauptseils 6 gemäß der ersten Ausführungsform.
• In 2 ist ein Schnitt in einer Ebene rechtwinklig zu der Längsrichtung des Hauptseils 6 dargestellt.
• Bei den in 2 dargestellten orthogonalen xyz-Koordinaten gibt eine z-Achsenrichtung die Längsrichtung des Hauptseils 6 an. Eine y-Achsenrichtung gibt die Dickenrichtung des Hauptseils 6 an. Eine x-Achsenrichtung gibt die Rechts-Links-Richtung des Hauptseils 6 an. In einem Bereich, in dem das Hauptseil 6 um die Antriebs-Seilscheibe 13 geschlungen und entlang der Antriebs-Seilscheibe 13 gebogen ist, entspricht die y-Achsenrichtung der radialen Richtung der Antriebs-Seilscheibe 13. In einem Bereich, in dem das Hauptseil 6 um die Umlenk-Seilscheibe 5 geschlungen und entlang der Umlenk-Seilscheibe 5 gebogen wird, entspricht die y-Achsenrichtung der radialen Richtung der Umlenk-Seilscheibe 5.
• Das Hauptseil 6 weist einen Lasttragbereich 17 und einen Außenschichtmantel 18 auf. Der Lasttragbereich 17 ist ein Bereich, der dazu beiträgt, die Last des Fahrkorbs 7 zu tragen. Der Lasttragbereich 17 ist aus einem Verbundmaterial aus hochfesten Fasern und Harz, d. h. einem FKV-Material, hergestellt. Der Lasttragbereich 17 ist aus einem FKV-Material hergestellt, das hochfeste Fasern und ein Grundharz enthält, die durch Imprägnierung miteinander kombiniert sind. Die hochfesten Fasern des Lasttragbereichs 17 sind in der Längsrichtung des Hauptseils 6 ausgerichtet. Bei dem FKV-Material, aus dem der Lasttragbereich 17 gebildet ist, sind der Typ und die Kombination der hochfesten Faser und des Grundharzes nicht auf einen bestimmten Typ und eine bestimmte Kombination beschränkt. Bei den hochfesten Fasern handelt es sich z. B. um Kohlenstofffasern, Glasfasern, Basaltfasern oder Polyarylatfasern.
• Bei dem Grundharz, mit dem die hochfeste Faser imprägniert ist, handelt es sich z. B. um Epoxidharz oder Urethanharz. Der Außenschichtmantel 18 ist ein Bereich, der mit der Seilscheibe des Aufzugs 1 in Kontakt ist. Der Außenschichtmantel 18 wird z. B. zum Schutz des Lasttragbereichs 17 und zur Erzeugung der Reibungskraft mit der Seilscheibe verwendet. Der Außenschichtmantel 18 muss nicht dazu beitragen, die Last des Fahrkorbs 7 zu tragen.
• 3 ist eine Seitenansicht des Hauptseils 6 und der Seilscheibe gemäß der ersten Ausführungsform.
• In 3 ist die Umlenk-Seilscheibe 5 als Beispiel für eine Seilscheibe dargestellt.
• In 3 sind der Durchmesser d der Umlenk-Seilscheibe 5 als Seilscheibe, die Dicke t₁ in y-Achsenrichtung des Hauptseils 6 und die Dicke t in y-Achsenrichtung des Lasttragbereichs 17 dargestellt. Ferner ist in 3 eine Zuglast F dargestellt, die auf das Hauptseil 6 aufgebracht wird. Die Zuglast F ist z. B. eine Belastungslast, die durch die Last des Fahrkorbs 7 einschließlich des Lastgewichts und der Last des Gegengewichts 9 verursacht wird. Die durch die Zuglast F, wie etwa die Belastungslast verursachte Zugspannung wird auf das Hauptseil 6 aufgebracht.
• Da das Hauptseil 6 entlang der Seilscheibe, wie etwa der Umlenk-Seilscheibe 5 gebogen wird, wirken ferner durch dieses Biegen verursachte Spannungen auf das Hauptseil 6. Die Spannung, die durch dieses Biegen auf das Hauptseil 6 aufgebracht wird, variiert in Abhängigkeit von der Position y in der Dickenrichtung des Hauptseils 6. In 3 ist die Position y in der Dickenrichtung des Hauptseils 6 dargestellt. Die Position y wird in Koordinaten ausgedrückt, wobei eine Endfläche des Lasttragbereichs 17 an der Seite, die mit der Seilscheibe, wie etwa der Umlenk-Seilscheibe 5 in Kontakt ist, den Ursprung bildet und die Außenseite der Seilscheibe in der radialen Richtung positiv ist.
• Eine an der Position y auf den Lasttragbereich 17 aufgebrachte vertikale Spannung σ (y) in der Längsrichtung des Hauptseils 6 wird durch den folgenden Ausdruck (1) dargestellt, wobei die Spannung in der Zugrichtung als positiver Wert und die Spannung in der Druckrichtung als negativer Wert ausgedrückt wird. Eine Fläche A stellt die Querschnittsfläche des Lasttragbereichs 17 in einer Ebene rechtwinklig zu der Längsrichtung des Hauptseils 6 dar. Ein Youngscher Modul E stellt den Youngschen Modul des FKV-Materials dar, das den Lasttragbereich 17 in der Längsrichtung des Hauptseils 6 bildet.
• Der effektive Biegungsdurchmesser D stellt die Länge dar, die sich durch Addition der Dicke t₁ in der y-Achsenrichtung des Hauptseils 6 und dem Durchmesser d der Umlenk-Seilscheibe 5 als Seilscheibe ergibt. Es sei angemerkt, dass die Zugspannung als Absolutwert der Spannung in der Zugrichtung und die Druckspannung als Absolutwert der Spannung in der Druckrichtung definiert ist.
  [Gleichung 1] $$\sigma \left(y\right)=\frac{y-\frac{t}{2}}{\frac{D}{2}}E+\frac{F}{A}.$$

  
• 4 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Positionsabhängigkeit der durch Biegung verursachten Spannung in dem Lasttragbereich 17 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
• In 4 stellt die vertikale Achse die auf den Lasttragbereich 17 aufgebrachte vertikale Spannung σ (y) in der Längsrichtung des Hauptseils 6 dar. Die horizontale Achse stellt die Position y in der Dickenrichtung des Hauptseils 6 dar. In 4 sind die Spannung σ (y), wenn keine Zuglast auf das Hauptseil 6 aufgebracht wird, d. h. F = 0, und die Spannung σ (y), wenn eine Zuglast auf das Hauptseil 6 aufgebracht wird, d. h. F = ΔF, dargestellt.
• In jedem der Fälle, in denen die Zuglast F den Wert F = 0 und F = ΔF hat, ist die Größe der Spannung in der Druckrichtung an der Position y = 0 maximal. Ferner ist in jedem der Fälle, in denen die Zuglast F den Wert F = 0 und F = ΔF hat, die Größe der Spannung in der Zugrichtung an der Position y = t maximal. Andererseits ist die mittlere Spannung, wenn die Zuglast F = 0, gleich Null, während die mittlere Spannung, wenn die Zuglast F = ΔF, nicht gleich Null ist. Wenn die Zuglast F = ΔF, nimmt zwar die maximale Zugspannung zu, wird jedoch die maximale Druckspannung verringert.
• Da der Lasttragbereich 17 aus dem FKV-Material hergestellt ist, ist die Festigkeit gegenüber der Druckspannung geringer als die Festigkeit gegenüber der Zugspannung in der Längsrichtung. In der Regel kann, wenn das FKV-Material einfach gebogen wird, die der Druckspannung ausgesetzte Druckseite nachteiligerweise selbst dann beschädigt werden, wenn die der Zugspannung ausgesetzte Zugseite nicht beschädigt wird. Da die Zuglast F, wie etwa die Belastungslast, auf den Lasttragbereich 17 des Hauptseils 6 aufgebracht wird, wird die maximale Druckspannung reduziert, und es kann die Möglichkeit einer Beschädigung der Druckseite verringert werden. Da andererseits die maximale Zugspannung zunimmt, ist es erforderlich, das System des Aufzugs 1 so zu konzipieren, dass die Möglichkeit einer Beschädigung auf der Zugseite verringert werden kann.
• Bei dem Systemdesign werden die Designparameter für die Einrichtungen des Aufzugs 1 so vorgegeben, dass die Bedingungen für einen vorteilhaften Betrieb des Aufzugs 1 erfüllt sind. Die Einrichtungen des Aufzugs 1, für die die Designparameter vorgegeben werden, weisen das Hauptseil 6, eine Seilscheibe, den Fahrkorb 7 und das Gegengewicht 9 auf. Bei den Designparametern handelt es sich um Werte, z. B. Abmessungen, Formen, Gewichte, Dichten und mechanische Eigenschaften der Einrichtungen des Aufzugs 1, die sich auf die auf das Hauptseil 6 aufgebrachten Spannungen auswirken. Die mechanischen Eigenschaften umfassen z. B. ein Elastizitätsmodul, wie etwa den Youngschen Modul.
• Insbesondere gehören zu den bei dem Systemdesign vorgegebenen Designparametern z. B. der Youngsche Modul E in der Längsrichtung des Lasttragbereichs 17, die Dicke t des Lasttragbereichs 17, die Querschnittsfläche A des Lasttragbereichs 17 in der Ebene rechtwinklig zu der Längsrichtung und der effektive Biegungsdurchmesser D der Seilscheibe. Zu den bei dem Systemdesign vorgegebenen Designparametern gehören z. B. auch die Gewichte des Fahrkorbs 7 und des Gegengewichts 9 sowie die Belastungslast des Hauptseils 6, die in Abhängigkeit von der Dichte und Länge des Hauptseils 6 bestimmt wird.
• Bei dem Systemdesign werden die Designparameter der Einrichtungen des Aufzugs 1 so vorgegeben, dass zumindest die Bedingungen des folgenden Ausdrucks (2) erfüllt sind. Eine Festigkeit σ_C ist ein negativer Wert, der die Festigkeit des FKV-Materials darstellt, das den Lasttragbereich 17 in der Druckrichtung in der Längsrichtung bildet. Eine Festigkeit σ_T ist ein positiver Wert, der die Festigkeit des FKV-Materials darstellt, das den Lasttragbereich 17 in der Zugrichtung in der Längsrichtung bildet.
  [Gleichung 2] $$\{\begin{array}{l}\sigma \left(0\right)>{\sigma }_{\text{C}}\\ \sigma \left(t\right)<{\sigma }_{\text{T}}\end{array}.$$

  
• Alternativ können für eine Designtoleranz die Designparameter für die Einrichtungen des Aufzugs 1 bei dem Systemdesign so vorgegeben werden, dass die Bedingungen des folgenden Ausdrucks (3) erfüllt sind. Eine Toleranz σ_C0 (> 0) stellt eine Toleranz für die Druckfestigkeit in der Längsrichtung des FKV-Materials dar, das den Lasttragbereich 17 bildet. Eine Toleranz σ_T0 (> 0) stellt eine Toleranz für die Zugfestigkeit in der Längsrichtung des FKV-Materials dar, das den Lasttragbereich 17 bildet.
  [Gleichung 3] $$\{\begin{array}{l}\sigma \left(0\right)>{\sigma }_{\text{C}}+{\sigma }_{\text{C}0}\\ \sigma \left(\text{t}\right)<{\sigma }_{\text{T}}-{\sigma }_{\text{T}0}\end{array}.$$

  
• Das Systemdesign weist einen Druckspannungs-Designschritt zum derartigen Vorgeben der Designparameter, dass die Bedingung von Ausdruck (2) oder Ausdruck (3) für die Druckspannung erfüllt ist, und einen Zugspannungs-Designschritt zum derartigen Vorgeben der Designparameter, dass die Bedingung von Ausdruck (2) oder Ausdruck (3) für die Zugspannung erfüllt ist, auf. Der Druckspannungs-Designschritt und der Zugspannungs-Designschritt können parallel durchgeführt werden, oder einer der Schritte kann nach der Durchführung des anderen Schrittes durchgeführt werden, oder beide Schritte können wiederholt durchgeführt werden.
• Ferner wird bei dem in diesem Beispiel dargestellten Traktionsaufzug 1, wenn die Traktionsmaschine 4 zu einem Nothalt kommt, mit der maximalen Abbremsung eine Abbremsung in dem Ausmaß durchführt, dass das Hauptseil 6 nicht auf der Antriebs-Seilscheibe 13 rutscht. Das Ausmaß der maximalen Abbremsung ist gleich oder kleiner als die Größe der Fallbeschleunigung.
• Somit wird im Ausdruck (3) ein Wert der Toleranz σ_T0 als ein Wert der mittleren Spannung vorgegeben, die zusätzlich zu einer normalen Belastungslast auf den Lasttragbereich 17 aufgebracht wird, wenn eine Last auf das Hauptseil 6 aufgebracht wird, die erforderlich ist, um den in einem maximalen Lastzustand fahrenden Fahrkorb 7 um einen Wert gleich der Fallbeschleunigung abzubremsen.
• Dementsprechend kann eine Beschädigung des Hauptseils 6 selbst dann verhindert werden, wenn die Traktionsmaschine 4 zu einem Nothalt kommt. In diesem Fall kann, da die Toleranz σ_T0 in Abhängigkeit von den Designparametern der Einrichtungen des Aufzugs 1 variieren kann, die Bedingung des Ausdrucks (3) für die Zugspannung wie im folgenden Ausdruck (4) geändert werden.
  [Gleichung 4] $$\sigma \left(t\right)+{\sigma }_{\text{T}0}<{\sigma }_{\text{T}}.$$

  
• Wie vorstehend beschrieben, ist das Designverfahren für den Aufzug 1 gemäß der ersten Ausführungsform ein Designverfahren für den Aufzug 1, der den Fahrkorb 7, eine Seilscheibe, die die Antriebs-Seilscheibe 13 und die Umlenk-Seilscheibe 5 aufweist, sowie das Hauptseil 6 aufweist. Das Hauptseil 6 weist den Lasttragbereich 17 auf. Der Lasttragbereich 17 ist aus einem Verbundmaterial hergestellt, das hochfeste Fasern und ein Harz enthält, die durch Imprägnierung miteinander kombiniert sind. Das Hauptseil 6 ist um eine Seilscheibe geschlungen. Das Hauptseil 6 trägt die Last des Fahrkorbs 7. Das Designverfahren weist den Druckspannungs-Designschritt und den Zugspannungs-Designschritt auf.
• Der Druckspannungs-Designschritt ist ein Schritt zum derartigen Vorgeben des Designparameters, dass die maximale Druckspannung an einem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs 17 die Druckfestigkeit des Lasttragbereichs 17 nicht überschreitet, wenn das Hauptseil 6 den Fahrkorb 7 trägt. In dem Druckspannungs-Designschritt wird der Designparameter für zumindest eines des Fahrkorbs 7, der Seilscheibe oder des Hauptseils 6 vorgegeben.
• Der Zugspannungs-Designschritt ist ein Schritt zum derartigen Vorgeben des Designparameters, dass die Summe aus der maximalen Zugspannung an dem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs 17 und der mittleren Spannung, die zusätzlich auf den Lasttragbereich 17 aufgebracht wird, wenn die Last auf das Hauptseil 6 aufgebracht wird, die erforderlich ist, um den in dem maximalen Lastzustand fahrenden Fahrkorb 7 um einen Wert gleich der Fallbeschleunigung abzubremsen, die Zugfestigkeit des Lasttragbereichs 17 nicht überschreitet, wenn das Hauptseil 6 den Fahrkorb 7 trägt. In dem Zugspannungs-Designschritt wird der Designparameter für zumindest eines von dem Fahrkorb 7, der Seilscheibe und des Hauptseils 6 vorgegeben.
• Das Systemdesign des Aufzugs 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird durch das vorstehend beschriebene Designverfahren durchgeführt. Bei dem Aufzug 1 wird die Belastungslast auf das Hauptseil 6 aufgebracht. Die Belastungslast wird so vorgegeben, dass die maximale Druckspannung an dem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs 17 die Druckfestigkeit des Lasttragbereichs 17 nicht überschreitet, wenn das Hauptseil 6 den Fahrkorb 7 trägt.
• Ferner wird die Belastungslast so vorgegeben, dass die Summe aus der maximalen Zugspannung an dem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs 17 und der mittleren Spannung, die zusätzlich auf den Lasttragbereich 17 aufgebracht wird, wenn die Last auf das Hauptseil 6 aufgebracht wird, die erforderlich ist, um den in dem maximalen Lastzustand fahrenden Fahrkorb 7 um einen Wert gleich der Fallbeschleunigung abzubremsen, die Zugfestigkeit des Lasttragbereichs 17 nicht überschreitet, wenn das Hauptseil 6 den Fahrkorb 7 trägt.
• Mit einer solchen Konfiguration wird eine Belastungslast, die die maximale Druckspannung an dem Lasttragbereich 17 reduziert, wenn das Hauptseil 6 gebogen wird, auf das Seil 6 aufgebracht. Somit ist das Hauptseil 6, das den Lasttragbereich 17 aufweist, der aus dem FKV-Material hergestellt ist und die Last trägt, weniger anfällig für Beschädigungen. Das Hauptseil 6 kann den Außenschichtmantel 18 aufweisen, der ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich des Kontakts mit der Antriebs-Seilscheibe 13 und der Umlenk-Seilscheibe 5, wie etwa Reibungswiderstand oder Verschleißfestigkeit, aufweist.
• Ferner ist es möglich, das Systemdesign des Aufzugs 1 gemäß dem FKV-Material, das den Lasttragbereich 17 bildet, durchzuführen und das Systemdesign auch von dem Design des FKV-Materials abhängig zu machen. Die mechanischen Eigenschaften können durch die Ausrichtung und Dichte der Fasern, die Auswahl des Materials, das Imprägnierungsverfahren und dergleichen des FKV-Materials angepasst werden. Somit ist es möglich, die Flexibilität bei dem Design des Aufzugs 1 selbst zu erhöhen.
• Wenn die Durchmesser der Seilscheiben, wie etwa der Antriebs-Seilscheibe 13 und der Umlenk-Seilscheibe 5, voneinander abweichen, kann der Designparameter so vorgegeben werden, dass die Bedingungen von Ausdruck (2) oder Ausdruck (3) für jeden der Durchmesser erfüllt sind. Alternativ kann der Designparameter so vorgegeben werden, dass die Bedingungen von Ausdruck (2) oder Ausdruck (3) für jede der Seilscheiben mit einem kleineren Durchmesser erfüllt sind.
• 5 ist eine Schnittansicht eines Hauptseils 6 gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform.
• In 5 ist ein Schnitt in einer Ebene rechtwinklig zur Längsrichtung des Hauptseils 6 dargestellt.
• Die in 5 dargestellten orthogonalen xyz-Koordinaten sind die gleichen wie die in 2 dargestellten orthogonalen xyz-Koordinaten.
• In dem Hauptseil 6 kann der Lasttragbereich 17 in der Ebene rechtwinklig zu der Längsrichtung des Hauptseils 6 in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt sein. In diesem Beispiel ist der Lasttragbereich 17 in vier Bereiche unterteilt. Die unterteilten Bereiche des Lasttragbereichs 17 sind gemeinsam mit dem Außenschichtmantel 18 bedeckt.
• Zweite Ausführungsform
• Bei einer zweiten Ausführungsform werden insbesondere Unterschiede zu dem in der ersten Ausführungsform offenbarten Beispiel ausführlich beschrieben. Für Merkmale, die in der zweiten Ausführungsform nicht beschrieben sind, kann jedes der Merkmale des in der ersten Ausführungsform offenbarten Beispiels verwendet werden.
• In dem Aufzug 1 bewegt sich der Fahrkorb 7 wiederholt in dem Aufzugsschacht 2 aufwärts und abwärts. Somit läuft das Hauptseil 6 wiederholt über die Seilscheiben, wie etwa die Antriebs-Seilscheibe 13 und die Umlenk-Seilscheibe 5. Dabei wird das Hauptseil 6 wiederholt gebogen. Die wiederholte Biegung kann zu Ermüdungsdefekten führen. Somit wird ein Beispiel für ein Systemdesign für Bedingungen beschrieben, bei denen das Hauptseil 6 weniger anfällig für Ermüdungsdefekte ist. Durch die geringere Anfälligkeit des Hauptseils 6 für Ermüdungsdefekte kann die Austauschhäufigkeit des Hauptseils 6 verringert werden. Dies kann den Aufwand für die Wartung des Aufzugs 1 für den Betreiber und das Wartungspersonal reduzieren.
• 6 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die wiederholt auf einen Lasttragbereich 17 gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeübte Spannung zeigt.
• In 6 stellt die vertikale Achse eine auf den Lasttragbereich 17 aufgebrachte vertikale Spannung in der Längsrichtung des Hauptseils 6 dar. Die horizontale Achse in 6 stellt den Zeitverlauf dar.
• Wie in 6 dargestellt, variiert die durch Biegung wiederholt auf das Hauptseil 6 aufgebrachte Spannung zwischen einer maximalen Spannung σ_max und einer minimalen Spannung σ_min. Solche Spannungsschwankungen werden durch eine mittlere Spannung σ_m und eine Spannungsamplitude σ_a dargestellt. Die mittlere Spannung σ_m wird als σ_m = (σ_max + σ_min)/2 dargestellt. Die Spannungsamplitude σ_a wird als σ_a = (σ_max - σ_min)/2 dargestellt. Üblicherweise wird die Ermüdungsfestigkeit unter wiederholter Belastung oft durch ein Spannungsverhältnis R zwischen der maximalen Spannung σ_max und der minimalen Spannung σ_min angegeben. Das Spannungsverhältnis R wird als R = σ_min/σ_max dargestellt.
• 7 ist ein Beispiel für eine Darstellung der Ermüdungsgrenze des Lasttragbereichs 17 gemäß der zweiten Ausführungsform.
• In 7 stellt die vertikale Achse die Spannungsamplitude σ_a für die vertikale Spannung in der Längsrichtung des Hauptseils 6 dar. In 7 stellt die horizontale Achse die mittlere Spannung σ_m für die vertikale Spannung in der Längsrichtung des Hauptseils 6 dar.
• Eine durchgezogene Linie L1 und eine durchgezogene Linie L2 geben eine Nεi-fache Ermüdungsfestigkeit an. Eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie L3 gibt eine N_f2-fache Ermüdungsfestigkeit an. Eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie L4 gibt eine N_f3-fache Ermüdungsfestigkeit an. Die Anzahl von Wiederholungen N_f1, N_f2 und N_f3 sind ganze Zahlen, die die Bedingungen N_f1 < N_f2 < N_f3 erfüllen. Um die Ermüdungsfestigkeit nach dem Spannungsverhältnis R zu ordnen, sind gestrichelte gerade Linien mit R = 0, R = -1, R = ±∞ und R = χ dargestellt. Ein Verhältnis χ zwischen der Festigkeit σ_C in der Druckrichtung und der Festigkeit σ_T in der Zugrichtung wird als χ = σ_C/σ_T dargestellt.
• Eine Ermüdungsfestigkeit σ_W0 ist die Nεi-fache Ermüdungsfestigkeit, wenn die mittlere Spannung Null ist, d. h. das Spannungsverhältnis R = -1. Die Darstellung der Ermüdungsgrenze in 7 stellt dar, dass wenn eine mittlere Spannung σ_m1 ist, der Ermüdungsdefekt bei N_f1 Wiederholungen bei einer Spannungsamplitude σ_a1 auftritt, bei N_f2 Wiederholungen bei einer Spannungsamplitude σ_a2 auftritt und bei N_f3 Wiederholungen bei einer Spannungsamplitude σ_a3 auftritt. Da das FKV-Material Unterschiede in der Zugfestigkeit und der Druckfestigkeit aufweist, ist die Darstellung der Ermüdungsgrenze asymmetrisch in Bezug auf die vertikale Achse.
• Wie in 7 dargestellt, ist die Ermüdungsfestigkeit bei einem Spannungsverhältnis R = χ am höchsten. Die Druckspannung und die Zugspannung haben entgegengesetzte Vorzeichen und die Größe der Festigkeit σ_T in der Zugrichtung ist größer als die Größe der Festigkeit σ_c in der Druckrichtung in dem FKV-Material. Somit fällt ein Wert des Verhältnisses χ in einen Bereich, der größer als -1 und kleiner als 0 ist. Wenn das Spannungsverhältnis R bei dem Systemdesign des Aufzugs 1 einschließlich des Druckspannungs-Designschritts und des Zugspannungs-Designschritts einen Wert innerhalb dieses Bereichs hat, ist die Ermüdungsfestigkeit des Lasttragbereichs 17 somit hoch. Vorzugsweise kann das Spannungsverhältnis Rein Wert nahe dem Verhältnis χ oder ein Wert gleich dem Verhältnis χ sein.
• Insbesondere dann, wenn die hochfeste Faser des FKV-Materials, das den Lasttragbereich 17 bildet, eine Kohlenstofffaser ist, fällt ein Wert des Verhältnisses χ oft in einen Bereich, der gleich oder größer als -0,6 und gleich oder kleiner als -0,4 ist. Somit ist bei dem Aufzug 1, der den Lasttragbereich 17 aus einem solchen FKV-Material enthält, wenn das Spannungsverhältnis R bei dem Systemdesign des Aufzugs 1, einschließlich des Druckspannungs-Designschritts und des Zugspannungs-Designschritts, einen Wert hat, der in diesen Bereich fällt, die Ermüdungsfestigkeit des Lasttragbereichs 17 hoch.
• Die durch die durchgezogenen Linien L1 und L2 angegebene Nεi-fache Ermüdungsfestigkeit wird näherungsweise durch den folgenden Ausdruck (5) dargestellt. In dem in 2 dargestellten gebogenen Lasttragbereich 17 ist der Wert der Spannung σ (y) bei y = 0 minimal und bei y = t maximal.
  [Gleichung 5] $${\sigma }_{\text{a}}=\{\begin{array}{l}-\frac{{\sigma }_{\text{w}0}}{{\sigma }_{\text{C}}}{\sigma }_{\text{m}}+{\sigma }_{\text{w}0}\left({\sigma }_{\text{m}}\ge {\sigma }_{\text{m}}^{\chi },\text{ durchgezogene Linie L}1\right)\\ -\frac{{\sigma }_a^{\chi }}{{\sigma }_{\text{T}}-{\sigma }_{\text{m}}^{\chi }}\left({\sigma }_{\text{m}}-{\sigma }_{\text{T}}\right)\left({\sigma }_{\text{m}}<{\sigma }_{\text{m}}^{\chi },\text{ durchgezogene Linie L2}\right)\end{array}.$$

  
• Die Koordinaten (σ_m ^χ, σ_a ^χ) in 7 sind die Koordinaten eines Schnittpunkts einer Linie, die das Spannungsverhältnis R = χ und die Linie der Nt_f1-fachen Ermüdungsfestigkeit angibt, und jede ihrer Komponenten wird durch den folgenden Ausdruck (6) dargestellt.
  [Gleichung 6] $$\begin{array}{l}{\sigma }_{\text{m}}^{\chi }=\frac{\left(1+\chi \right){\sigma }_{\text{C}}{\sigma }_{\text{w}0}}{\left(1-\chi \right){\sigma }_{\text{C}}+\left(1+\chi \right){\sigma }_{\text{w}0}},\\ {\sigma }_{\text{m}}^{\chi }=\frac{\left(1-\chi \right){\sigma }_{\text{C}}{\sigma }_{\text{w}0}}{\left(1-\chi \right){\sigma }_{\text{C}}+\left(1+\chi \right){\sigma }_{\text{w}0}}.\end{array}$$

  
• Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Relation ist es möglich, einen Aufzug 1 zu erhalten, der eine Verringerung der Festigkeit des Hauptseils 6 durch biegebedingte Ermüdung durch Bestimmen der Spannungsamplitude σ_a und der mittleren Spannung σ_m auf der Grundlage des Spannungsverhältnisses verhindern kann. Die Spannungsamplitude σ_a wird durch den Youngschen Modul E in der Längsrichtung des Lasttragbereichs 17, die Dicke t des Lasttragbereichs 17 und den effektiven Biegungsdurchmesser D der Seilscheibe bestimmt. Die mittlere Spannung σ_m wird durch diese Designparameter und die Belastungslast des Hauptseils 6 bestimmt.
• Bei dem in 1 dargestellten „Zieheimer“-Aufzug 1 wird das Hauptseil 6 beim Laufen über die Antriebs-Seilscheibe 13 und beim Laufen über die Umlenk-Seilscheibe 5 in die gleiche Richtung gebogen. Der Lasttragbereich 17 wird somit nur in eine Richtung gebogen. An der Position y des nur in eine Richtung gebogenen Lasttragbereichs 17 wirkt auf das Hauptseil 6 in der Längsrichtung eine sich wiederholende Spannung mit der Spannungsamplitude σ_a (y) und der mittleren Spannung σ_m (y), die durch den folgenden Ausdruck (7) dargestellt werden.
  [Gleichung 7] $$\begin{array}{l}{\sigma }_{\text{a}}\left(y\right)=\frac{\left|y-\frac{1}{2}t\right|}{D}E,\\ {\varpi }_{\text{m}}\left(y\right)=\frac{F}{A}+\frac{y-\frac{1}{2}t}{D}E.\end{array}$$

  
• Aus dem Ausdruck (7) geht hervor, dass die Größe der Spannungsamplitude σ_a (y) bei y = 0 und y = t maximal ist. Die Größe der Spannungsamplitude σ_a (y) zu dieser Zeit ist tE/2D.
• Wenn die Toleranz für Ermüdungsdefekte nur auf der Zugseite oder der Druckseite hoch ist, kann eine Beschädigung auf der Seite mit einer niedrigen Toleranz den Austausch des Hauptseils 6 selbst erfordern. Somit sind die Toleranzen sowohl auf der Zugseite als auch auf der Druckseite vorzugsweise ungefähr gleich groß.
• Somit wird bei dem Systemdesign des Aufzugs 1, das den Druckspannungs-Designs chritt und den Zugspannungs-Designschritt aufweist, der Designparameter so vorgegeben, dass der folgende Ausdruck (8) erfüllt ist.
• Eine Spannungsamplitude σ_a0 und eine mittlere Spannung σ_m0 sind eine Spannungsamplitude und eine mittlere Spannung, die durch Vorgeben von y = 0 im Ausdruck (7) erhalten werden. Eine Festigkeit σ_a0max ist die Nεi-fache Ermüdungsfestigkeit, die durch Vorgeben von σ_m = σ_m0 im Ausdruck (4) erhalten wird. Eine Spannungsamplitude σ_at und eine mittlere Spannung σ_mt sind eine Spannungsamplitude und eine mittlere Spannung, die durch Vorgeben von y = t im Ausdruck (7) erhalten werden. Eine Festigkeit σ_atmax ist die Nεi-fache Ermüdungsfestigkeit, die durch Vorgeben von σ_m = σ_mt im Ausdruck (4) erhalten wird.
  [Gleichung 8] $$\frac{{\sigma }_{\text{a}0}}{{\sigma }_{\text{a}0\text{max}}}\approx \frac{{\sigma }_{\text{a}t}}{{\sigma }_{\text{a}t\text{max}}}.$$

  
• Wenn die Bedingung erfüllt ist, dass beide Seiten im Ausdruck (8) gleich sind, sind bei dem Systemdesign die Toleranzen sowohl auf der Zugseite als auch auf der Druckseite gleich, was vorzuziehen ist.
• Wie vorstehend beschrieben, ist das Designverfahren für den Aufzug 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Verfahren zum derartigen Vorgeben der Designparameter, dass ein Wert des Spannungsverhältnisses R des Lasttragbereichs 17 in jedem von dem Druckspannungs-Designschritt und dem Zugspannungs-Designschritt in den Bereich von größer als -1 und kleiner als 0 fällt. Zumindest eines des Youngschen Moduls E des Lasttragbereichs 17 in der Längsrichtung des Hauptseils 6, der Dicke t des Lasttragbereichs 17 in der radialen Richtung der Seilscheibe des Aufzugs 1, des effektiven Biegungsdurchmessers D der Seilscheibe und der Belastungslast des Hauptseils 6 werden als Designparameter vorgegeben. Ferner wird das Systemdesign des Aufzugs 1 gemäß der zweiten Ausführungsform durch das vorstehend genannte Designverfahren durchgeführt.
• Eine solche Konfiguration erhöht die Ermüdungsfestigkeit des Lasttragbereichs 17. Auch der Bereich des Wertes des Spannungsverhältnisses R, der größer als - 1 und kleiner als 0 ist, ist ein Bereich, in dem die Anwendung einer teilweise umgekehrten, sich wiederholenden zur Zugseite hin geneigten Last durchgeführt wird. Da das den Lasttragbereich 17 bildende FKV-Material eine höhere Festigkeit gegenüber der Zugspannung als gegenüber der Druckspannung aufweist, kann eine durch Biegung verursachte Verkürzung der Lebensdauer des Hauptseils 6 verhindert werden.
• Die hochfesten Fasern des Lasttragbereichs 17 können Kohlenstofffasern aufweisen. In diesem Fall kann das Designverfahren für den Aufzug 1 ein Verfahren zum derartigen Vorgeben der Designparameter sein, dass ein Wert des Spannungsverhältnisses R des Lasttragbereichs 17 in einen Bereich fällt, der gleich oder größer als -0,6 und gleich oder kleiner als -0,4 in jedem des Druckspannungs-Designschritts und des Zugspannungs-Designschritts ist. Zumindest eines von dem Youngschen Modul E des Lasttragbereichs 17 in der Längsrichtung des Hauptseils 6, der Dicke t des Lasttragbereichs 17 in der radialen Richtung der Seilscheibe des Aufzugs 1, des effektiven Biegungsdurchmessers D der Seilscheibe und der Belastungslast des Hauptseils 6 werden als Designparameter vorgegeben.
• Eine solche Konfiguration kann das Hauptseil 6 des Aufzugs 1 weniger anfällig für Ermüdungsdefekte gemäß den Eigenschaften des Lasttragbereichs 17 machen.
• Dritte Ausführungsform
• Bei einer dritten Ausführungsform werden insbesondere Unterschiede zu dem in der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform offenbarten Beispiel ausführlich beschrieben. Für Merkmale, die bei der dritten Ausführungsform nicht beschrieben sind, kann jedes der Merkmale des in der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform offenbarten Beispiels verwendet werden.
• 8 ist eine Konfigurationsdarstellung eines Aufzugs 1 gemäß der dritten Ausführungsform.
• Die beiden Enden des Hauptseils 6 sind z. B. in einem Maschinenraum 3 befestigt. Falls der Maschinenraum 3 des Aufzugs 1 nicht vorhanden ist, können die beiden Enden des Hauptseils 6 auch an einem oberen Bereich des Aufzugsschachts 2 befestigt sein.
• Ein Fahrkorb 7 weist eine Fahrkorb-Seilscheibe 19 auf. Die Fahrkorb-Seilscheibe 19 ist ein Beispiel für eine Seilscheibe des Aufzugs 1, um die das Hauptseil 6 geschlungen ist. Der Fahrkorb 7 wird von dem auf die Fahrkorb-Seilscheibe 19 geschlungenen Hauptseil 6 getragen.
• Ein Gegengewicht 9 weist eine Gegengewichts-Seilscheibe 20 auf. Die Gegengewichts-Seilscheibe 20 ist ein Beispiel für eine Seilscheibe des Aufzugs 1, um die das Hauptseil 6 geschlungen ist. Das Gegengewicht 9 wird von dem um die Gegengewichts-Seilscheibe 20 geschlungenen Hauptseil 6 getragen.
• Bei dem Aufzug 1 mit der in 8 dargestellten Verseilung ist die Richtung, in der das Hauptseil 6 beim Laufen über eine Antriebs-Seilscheibe 13 und beim Laufen über eine Umlenk-Seilscheibe 5 gebogen wird, und die Richtung, in der das Hauptseil 6 beim Laufen über die Fahrkorb-Seilscheibe 19 und beim Laufen über die Gegengewichts-Seilscheibe 20 gebogen wird, unterschiedlich. Somit ist ein Lasttragbereich 17 in beide Richtungen der Dickenrichtung gebogen. Da der Lasttragbereich 17 in beide Richtungen gebogen ist, werden sowohl die Druckspannung als auch die Zugspannung auf jeden Bereich aufgebracht. In dem in beide Richtungen gebogenen Lasttragbereich 17 werden eine Spannungsamplitude σ_a (y) und eine mittlere Spannung σ_m (y) in der Längsrichtung des Hauptseils 6 an einer Position y durch den folgenden Ausdruck (9) dargestellt.
  [Gleichung 9] $$\begin{array}{l}{\sigma }_{\text{a}}\left(y\right)=\frac{\left|y-\frac{1}{2}t\right|}{\frac{D}{2}}E,\\ {\sigma }_{\text{m}}\left(y\right)=\frac{F}{A}.\end{array}$$

  
• Aus dem Ausdruck (9) geht hervor, dass die Größe der maximalen Spannung bei y = 0 und y = t maximal ist. Das Spannungsverhältnis R zu dieser Zeit wird durch den folgenden Ausdruck (10) dargestellt.
  [Gleichung 10] $$R=\frac{\frac{F}{A}-\frac{tE}{D}}{\frac{F}{A}+\frac{tE}{D}}.$$

  
• Somit wird bei dem Systemdesign des Aufzugs 1, einschließlich des Druckspannungs-Designschritts und des Zugspannungs-Designschritts, der Designparameter so vorgegeben, dass das durch den Ausdruck (10) dargestellte Spannungsverhältnis R nahe einem Verhältnis χ liegt. Dementsprechend wird der Aufzug 1 unter Bedingungen betrieben, die eine höhere Ermüdungsfestigkeit erreichen.
• 9 ist eine Konfigurationsdarstellung eines Aufzugs 1 gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform.
• Ein Fahrkorb 7 weist zwei Fahrkorb-Seilscheiben 19 auf. In einer solchen Konfiguration wird der Lasttragbereich 17 des Hauptseils 6 in beide Richtungen gebogen. Somit kann das Systemdesign des Aufzugs 1 unter Verwendung von Ausdruck (10) ausgeführt werden.
• 10 ist eine Konfigurationsdarstellung eines Aufzugs 1 gemäß einer weiteren Modifikation der dritten Ausführungsform.
• Der Aufzug 1 kann auch keine Umlenk-Seilscheibe 5 aufweisen. In einer solchen Konfiguration ist der Lasttragbereich 17 des Hauptseils 6 in beide Richtungen gebogen. Somit kann das Systemdesign des Aufzugs 1 unter Verwendung von Ausdruck (10) ausgeführt werden.
• Industrielle Anwendbarkeit
• Der Aufzug gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei einem Gebäude mit mehreren Stockwerken verwendbar. Das Designverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei dem Aufzug verwendbar.
• Bezugszeichenliste

1

Aufzug

2

Aufzugsschacht

3

Maschinenraum

4

Traktionsmaschine

5

Umlenk-Seilscheibe

6

Hauptseil

7

Fahrkorb

8

Fahrkorbschiene

9

Gegengewicht

10

Gegengewichtsschiene

11

Bedienungsfeld

12

Motor

13

Antriebs-Seilscheibe

14

Lastgewichts-Messeinrichtung

15

Fahrkorbführung

16

Gegengewichtsführung

17

Lasttragbereich

18

Außenschichtmantel

19

Fahrkorb-Seilscheibe

20

Gegengewichts-Seilscheibe

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 20170043979 A [0003]

Claims (4)

1. Designverfahren für einen Aufzug, wobei der Aufzug Folgendes aufweist: - einen Fahrkorb, - eine Seilscheibe, und - ein Hauptseil mit einem Lasttragbereich aus einem Verbundmaterial aus hochfesten Fasern und Harz, wobei das Hauptseil um die Seilscheibe geschlungen ist und eine Last des Fahrkorbs trägt, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: - einen Druckspannungs-Designschritt zum derartigen Vorgeben eines Designparameters für zumindest eines von dem Fahrkorb, der Seilscheibe und dem Hauptseil, dass eine maximale Druckspannung an einem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs die Druckfestigkeit des Lasttragbereichs nicht überschreitet, wenn das Hauptseil den Fahrkorb trägt; und - einen Zugspannungs-Designschritt zum derartigen Vorgeben des Designparameters für zumindest eines von dem Fahrkorb, der Seilscheibe und dem Hauptseil, dass die Summe einer maximalen Zugspannung an dem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs und einer mittleren Spannung, die zusätzlich auf den Lasttragbereich aufgebracht wird, wenn eine Last auf das Hauptseil aufgebracht wird, die erforderlich ist, um einen in einem maximalen Lastzustand fahrenden Fahrkorb um einen Wert gleich der Fallbeschleunigung abzubremsen, die Zugfestigkeit des Lasttragbereichs nicht überschreitet, wenn das Hauptseil den Fahrkorb trägt.
2. Designverfahren für einen Aufzug nach Anspruch 1, wobei in jedem von dem Druckspannungs-Designschritt und dem Zugspannungs-Designschritt zumindest eines von einem Youngschen Modul des Lasttragbereichs in einer Längsrichtung des Hauptseils, einer Dicke des Lasttragbereichs in einer radialen Richtung der Seilscheibe, einem effektiven Biegungsdurchmesser der Seilscheibe und einer Belastungslast des Hauptseils als Designparameter so vorgegeben wird, dass ein Wert eines Spannungsverhältnisses des Lasttragbereichs in einen Bereich von größer als -1 und kleiner als 0 fällt.
3. Designverfahren für einen Aufzug nach Anspruch 1, wobei wenn die hochfeste Faser Kohlefaser enthält, in jedem von dem Druckspannungs-Designschritt und dem Zugspannungs-Designschritt zumindest eines von einem Youngschen Modul des Lasttragbereichs in einer Längsrichtung des Hauptseils, einer Dicke des Lasttragbereichs in einer radialen Richtung der Seilscheibe, einem effektiven Biegungsdurchmesser der Seilscheibe und einer Belastungslast des Hauptseils als Designparameter so vorgegeben wird, dass ein Wert eines Spannungsverhältnisses des Lasttragbereichs in einen Bereich von gleich oder größer als -0,6 und gleich oder kleiner als 0,4 fällt.
4. Aufzug, der Folgendes aufweist: - einen Fahrkorb; - eine Seilscheibe; und - ein Hauptseil mit einem Lasttragbereich aus einem Verbundmaterial aus hochfesten Fasern und Harz, wobei das Hauptseil um die Seilscheibe geschlungen ist und eine Last des Fahrkorbs trägt, wobei - eine solche Belastungslast auf das Hauptseil aufgebracht wird, dass eine maximale Druckspannung an einem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs die Druckfestigkeit des Lasttragbereichs nicht überschreitet, wenn das Hauptseil den Fahrkorb trägt, und eine Summe einer maximalen Zugspannung an dem entlang der Seilscheibe gebogenen Bereich des Lasttragbereichs und einer mittleren Spannung, die zusätzlich auf den Lasttragbereich aufgebracht wird, wenn eine Last auf das Hauptseil aufgebracht wird, die erforderlich ist, um den in einem maximalen Lastzustand fahrenden Fahrkorb um einen Wert gleich der Fallbeschleunigung abzubremsen, die Zugfestigkeit des Lasttragbereichs nicht überschreitet, wenn das Hauptseil den Fahrkorb trägt.

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