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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Aufzugsysteme und im Spezielleren
auf Zugelemente für
solche Aufzugsysteme.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
herkömmliches
Traktionsaufzugsystem beinhaltet eine Kabine, ein Gegengewicht,
zwei oder mehr die Kabine und das Gegengewicht miteinander verbindende
Seile, eine Traktionsscheibe zum Bewegen der Seile sowie eine Maschine
zum Drehen der Traktionsscheibe. Die Seile sind aus gelegtem oder verdrilltem
Stahldraht gebildet, und die Scheibe bzw. Seilscheibe ist aus Gusseisen
gebildet. Die Maschine kann entweder eine mit Getriebe versehene
Maschine oder eine getriebelose Maschine sein. Eine mit Getriebe
versehene Maschine erlaubt die Verwendung eines Motors mit höherer Drehzahl,
der kompakter und kostengünstiger
ist, jedoch zusätzliche
Wartung und zusätzlichen
Platz benötigt.
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Obwohl
sich herkömmliche,
runde Stahlseile und Gusseisenscheiben als sehr zuverlässig und kosteneffektiv
erwiesen haben, gibt es Einschränkungen
hinsichtlich ihres Einsatzes. Eine solche Einschränkung sind
die Traktionskräfte
zwischen den Seilen und der Scheibe. Diese Traktionskräfte können durch
Erhöhen
des Umschließungswinkels
der Seile oder durch Unterschneiden der Nuten in der Scheibe erhöht werden.
Beide Techniken reduzieren jedoch die Haltbarkeit der Seile als
Ergebnis der gesteigerten Abnutzung (Umschließungswinkel) oder des gesteigerten
Seildrucks (Unterschneiden). Ein weiteres Verfahren zum Steigern
der Traktionskräfte besteht
in der Verwendung von Auskleidungen, die aus einem synthetischen
Material gebildet sind, in den Nuten der Scheibe. Die Auskleidungen
erhöhen den
Reibungskoeffizienten zwischen den Seilen und der Scheibe, während sie
gleichzeitig den Verschleiß der
Seile und der Scheibe minimieren.
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Eine
weitere Einschränkung
beim Einsatz runder Stahlseile besteht hinsichtlich der Flexibilität und der
Ermüdungseigenschaften
runder Stahldrahtseile. Aufzugsicherheitsbestimmungen erfordern heute,
dass jedes Stahlseil einen Mindestdurchmesser d (dmin =
8 mm für
CEN; dmin = 9,5 mm (3/8") für ANSI)
hat und dass das D/d-Verhältnis
für Traktionsaufzüge größer oder
gleich Vierzig ist (D/d ≥ 40),
wobei D der Durchmesser der Scheibe ist. Dies führt dazu, dass der Durchmesser
D für die
Scheibe mindestens 320 mm beträgt
(380 mm für
ANSI). Je größer der
Scheibendurchmesser D ist, desto größer ist das von der Maschine
benötigte
Drehmoment zum Antreiben des Aufzugsystems.
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Mit
der Entwicklung von leichten Synthetikfasern mit hoher Zugfestigkeit
ist der Vorschlag entstanden, Stahldrahtseile in Aufzugsystemen
durch Seile zu ersetzen, die aus Synthetikfasern gebildete Lasttragelitzen
aufweisen, wobei es sich bei diesen Fasern z.B. um Aramidfasern
handelt. Jüngere
Veröffentlichungen,
die diesen Vorschlag machen, sind z.B.: US-Patent Nr. 4,022,010,
erteilt für
Gladdenbeck et al.; US-Patent Nr. 4,624,097, erteilt für Wilcox;
US-Patent Nr. 4,887,422, erteilt für Klees et al.; sowie US-Patent
Nr. 5,566,786, erteilt für
De Angelis et al.. Die genannten Vorteile, die sich durch Ersetzen der
Stahlfasern durch Aramidfasern ergeben, sind das verbesserte Verhältnis von
Zugfestigkeit zu Gewicht sowie die verbesserte Flexibilität der Aramidmaterialien
zusammen mit der Möglichkeit
einer verbesserten Traktion zwischen dem Synthetikmaterial des Seils
und der Scheibe.
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Ein
weiterer Nachteil herkömmlicher
runder Seile besteht darin, dass die Lebensdauer des Seils um so
kürzer
ist, je höher
der Seildruck ist. Seildruck (Prope) wird
erzeugt, wenn sich das Seil über
die Scheibe bewegt, und ist direkt proportional zu dem Zug (F) in
dem Seil und umgekehrt proportional zu dem Scheibendurchmesser D
und dem Seildurchmesser d (Prope ≈ F/(Dd)).
Außerdem
steigert die Form der Scheibennuten einschließlich solcher traktionserhöhenden Techniken
wie Unterschneiden der Scheibennuten weiter den maximalen Seildruck,
dem das Seil ausgesetzt wird.
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Obwohl
die Flexibilitätseigenschaften
von solchen Seilen aus synthetischen Fasern zum Reduzieren des erforderlichen
D/d-Verhältnisses
und somit des Scheibendurchmessers D verwendet werden können, unterliegen
die Seile immer noch einem beträchtlichen
Seildruck. Die umgekehrte Beziehung zwischen dem Scheibendurchmesser
D und dem Seildruck begrenzt die Reduzierung des Scheibendurchmessers
D, die mit herkömmlichen
Seilen aus Aramidfasern erzielt werden kann. Darüber hinaus haben Aramidfasern
zwar eine hohe Zugfestigkeit, jedoch sind sie defektanfälliger,
wenn sie Querbelastungen ausgesetzt werden. Selbst bei Reduzierungen
hinsichtlich des D/d-Erfordernisses, kann der resultierende Seildruck übermäßigen Schaden
an den Aramidfasern hervorrufen und die Lebensdauer der Seile vermindern.
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Ungeachtet
des obigen Standes der Technik arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure
unter der Leitung des Begünstigten
der Anmelderin an der Entwicklung effizienterer und dauerhafterer
Verfahren und Vorrichtungen zum Antreiben von Aufzugsystemen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ein Zugelement für
einen Aufzug ein Dimensionsverhältnis
von größer als
Eins auf, wobei das Dimensionsverhältnis definiert ist als das
Verhältnis
der Zugelementbreite w zu der Dicke t (Dimensionsverhältnis = w/t).
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Ein
wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die flache Ausbildung
des Zugelements. Die Steigerung beim Dimensionsverhältnis führt zu einem
Zugelement, das eine durch die Breitendimension definierte Eingriffsfläche hat,
die optimiert ist, um den Seildruck zu verteilen. Dadurch wird der
maximale Druck innerhalb des Zugelements minimiert. Außerdem kann
durch Steigern des Dimensionsverhältnisses gegenüber einem
runden Seil, das ein Dimensionsverhältnis gleich Eins hat, die
Dicke des Zugelements reduziert werden, während eine konstante Querschnittsfläche des
Zugelements aufrechterhalten bleibt.
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Ferner
weist gemäß der vorliegenden
Erfindung das Zugelement eine Mehrzahl von einzelnen Lasttragesträngen auf,
die in eine gemeinsame Schicht einer Umhüllung eingeschlossen sind.
Die Umhüllungsschicht
trennt die einzelnen Stränge
und bildet eine Eingriffsfläche
für den
Eingriff bzw. das Zusammenwirken mit einer Traktionsscheibe.
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Als
Ergebnis der Konfiguration des Zugelements kann der Seildruck gleichmäßiger über das
gesamte Zugelement verteilt werden. Als Ergebnis hiervon ist der
maximale Seildruck wesentlich reduziert, verglichen mit einem in
einer herkömmlichen
Weise mit einem Seil versehenen Aufzug mit einer ähnlichen
Lasttragekapazität.
Außerdem
ist der effektive Seildurchmesser "d" (gemessen
in der Biegungsrichtung) für
die äquivalente
Lasttragekapazität
reduziert. Daher können
kleinere Werte für
den Scheibendurchmesser "D" ohne eine Reduzierung
bei dem D/d-Verhältnis
erreicht werden. Außerdem
erlaubt ein Minimieren des Durchmessers D der Scheibe die Verwendung
weniger kostenintensiver, kompakterer Motoren mit hoher Drehzahl
als Antriebsmaschine ohne die Notwendigkeit eines Getriebes.
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Bei
einem speziellen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung sind die einzelnen Stränge aus Litzen aus nicht-metallischem
Material gebildet, wobei es sich z.B. um Aramidfasern handelt. Durch
integrales Ausbilden von Strängen
mit den Gewichts-, Festigkeits-, Haltbarkeits- und insbesondere den
Flexibilitätseigenschaften
solcher Materialien zu dem Zugelement der vorliegenden Erfindung
kann der annehmbare Traktionsscheibendurchmesser weiter reduziert
werden, während
der maximale Seildruck innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten wird. Wie
vorstehend erwähnt
worden ist, reduzieren kleinere Scheibendurchmesser das erforderliche
Drehmoment der Maschine zum Antreiben der Scheibe, und ferner steigern
sie die Rotationsgeschwindigkeit. Aus diesem Grund können kleinere
und kostengünstigere
Maschinen zum Antreiben des Aufzugsystems verwendet werden.
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Bei
einem weiteren speziellen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind die einzelnen Stränge aus
Litzen aus metallischem Material, wie z.B. Stahl, gebildet. Durch
integrales Ausbilden von Strängen
mit den Flexibilitätseigenschaften
von geeignet dimensionierten und strukturierten Metallmaterialien
zu dem Zugelement der vorliegenden Erfindung kann der annehmbare
Traktionsscheibendurchmesser minimiert werden, während der maximale Seildruck
innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten wird.
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Die
Umhüllungsschicht
schafft mehrere Vorteile. Als Erstes sorgt die elastomere Umhüllungsschicht
für eine
Traktionssteigerung gegenüber
den herkömmlichen
Stahlseilen, die mit Traktionsscheiben zusammenwirken, die aus Gusseisen
oder anderen metallischen Materialien gebildet sind. Zweitens versiegelt
die Umhüllungsschicht
die Metallstränge, so
dass die Notwendigkeit eines kontinuierlichen Auftragens sowie Wiederauftragens
von Schmiermittel bzw. Gleitmittel auf die Stränge eliminiert ist, wie dies bei
herkömmlichen
Stahlseilen erforderlich ist. Drittens füllt die Umhüllungsschicht die Räume zwischen einander
benachbarten Litzen der Stränge
aus, um einen Kontakt von Draht zu Draht zu vermeiden. Ein solcher
Kontakt führt
zu Reibkorrosion und Beeinträchtigung
der Stränge.
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Darüber hinaus
bildet die Umhüllungsschicht einen
schützenden
Mantel um die Lasttragestränge herum,
um eine unbeabsichtigte Beschädigung
aufgrund von Umgebungsfaktoren, wie z.B. Lösungsmitteln oder Flammen,
zu verhindern. Dies ist besonders im Fall eines Feuers wichtig.
Sowohl bei nicht-metallischen Strängen als auch bei metallischen
Strängen kann
die Umhüllungsschicht
aus einer flammhemmenden Zusammensetzung gebildet sein. Die flammhemmende
Umhüllungsschicht
minimiert die Wirkungen eines Feuers auf die nichtmetallischen Stränge, die
empfindlich für
Hitze und Feuer sein können.
Obwohl Stahlstränge
sowie Stränge
aus anderen metallischen Materialien in inhärenter Weise flammhemmend sind,
schafft die Ausbildung einer flammhemmenden Umhüllung bzw. Beschichtung darüber hinaus
den zusätzlichen
Vorteil, dass eine Situation vermieden wird, in der loses brennendes Umhüllungsschichtmaterial
aus dem Seil in dem Aufzugschacht periphere Schäden hervorrufen kann. Durch
die flammhemmende Ausbildung der Umhüllungsschicht besteht eine
geringere Wahrscheinlichkeit, dass sich das Umhüllungsschichtmaterial von dem
Seil löst
und periphere Schäden
hervorruft.
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Unter
dem Begriff "flammhemmend", wie er hierin verwendet
wird, ist ein Material zu verstehen, das selbstlöschend ist, sobald die aktive
Flamme von dem Material eliminiert worden ist. Bei einem weiteren
speziellen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Traktionsantrieb für ein Aufzugsystem
ein Zugelement mit einem Dimensionsverhältnis von größer als
Eins sowie eine Traktionsscheibe mit einer Traktionsfläche, die
zum Aufnehmen des Zugelements konfiguriert ist. Das Zugelement beinhaltet
eine Eingriffsfläche,
die durch die Breitendimension des Zugelements gebildet ist. Die Traktionsfläche der
Scheibe und die Eingriffsfläche sind
komplementär
konturiert ausgebildet, um für Traktion
zu sorgen und das eingriffsmäßige Zusammenwirken
zwischen dem Zugelement und der Scheibe zu führen. Bei einer alternativen
Konfiguration beinhaltet die Traktionsscheibe eine Mehrzahl von Zugelementen,
die mit der Scheibe in Eingriff treten, und die Scheibe beinhaltet
ein Paar Kränze,
die auf gegenüberliegenden
Seiten der Scheibe angeordnet sind, sowie ein oder mehrere Trennelemente,
die zwischen einander benachbarten Zugelementen angeordnet sind.
Das Paar der Kränze
sowie die Trennelemente haben die Funktion, das Zugelement zu führen, um
grobe Ausrichtungsprobleme im Fall von Bedingungen mit durchhängendem
Seil usw. zu verhindern.
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Bei
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist die Traktionsfläche
der Scheibe durch ein Material gebildet, das die Traktionskräfte zwischen der
Scheibe und dem Zugelement optimiert und den Verschleiß des Zugelements
minimiert. Bei einer Konfiguration ist die Traktionsfläche in integraler
Weise mit einer Scheiben-Auskleidung ausgebildet, die auf der Scheibe
angeordnet ist. Bei einer weiteren Konfiguration ist die Traktionsfläche durch
eine Überzugs- bzw. Umhüllungsschicht
gebildet, die mit der Traktionsscheibe verbunden ist. Bei noch einer
weiteren Konfiguration ist die Traktionsscheibe aus dem Material
gebildet, das die Traktionsfläche
bildet.
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In
den folgenden, durchnumerierten Absätzen sind weitere Gegenstände der
Erfindung wiedergegeben:
- 1. Zugelement zum
Bereitstellen von Hebekraft für
eine Kabine eines Aufzugsystems, wobei das Zugelement dazu ausgebildet
ist, mit einer drehbaren Scheibe des Aufzugsystems zusammenzuwirken,
wobei das Zugelement einen Lasttragestrang aufweist, der in eine
Umhüllungsschicht eingeschlossen
ist, wobei der Lasttragestrang aus metallischem Material gebildet
ist und die Umhüllungsschicht
aus nicht-metallischem Material gebildet ist.
- 2. Zugelement nach Absatz 1, weiterhin mit einer Mehrzahl voneinander
beabstandeter metallischer Stränge,
wobei die Mehrzahl der voneinander beabstandeten metallischen Stränge in die Umhüllungsschicht
eingekapselt ist.
- 3. Zugelement nach Absatz 1, wobei die Umhüllungsschicht flammhemmend
ist.
- 4. Zugelement nach Absatz 1, wobei jeder Strang aus einer Mehrzahl
von Drähten
derart gebildet ist, dass zwischen einander benachbarten Drähten Räume entstehen,
und wobei die Umhüllungsschicht
die Räume
ausfüllt.
- 5. Zugelement zum Bereitstellen von Hebekraft für eine Kabine
eines Aufzugsystems, wobei das Zugelement eine Breite (w), eine
Dicke (t) gemessen in der Biegerichtung sowie eine Eingriffsfläche aufweist,
die durch die Breitendimension des Zugelements gebildet ist, wobei
das Zugelement ein Dimensionsverhältnis, das als das Verhältnis der
Breite (w) relativ zu der Dicke (t) definiert ist, von größer als
Eins aufweist, wobei das Zugelement eine Mehrzahl einzelner Lasttragestränge beinhaltet,
die in eine gemeinsame Umhüllungsschicht
eingeschlossen sind, wobei die Umhüllungsschicht flammhemmend
ist.
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Obwohl
das Zugelement in der vorliegenden Beschreibung in erster Linie
als Traktionsvorrichtung zur Verwendung bei einem Aufzug mit einer
Traktionsscheibe beschrieben wird, kann das Zugelement auch bei
Aufzuganwendungen von Nutzen sein und Vorteile zeigen, die keine
Traktionsscheibe zum Antreiben des Zugelements verwenden, wie z.B.
bei indirekt verseilten Aufzugsystemen, Aufzugsystemen mit Linearmotorantrieb
oder selbstfahrenden Aufzügen
mit einem Gegengewicht. Bei diesen Anwendungen kann die reduzierte
Größe der Scheibe
von Nutzen sein, um die Platzerfordernisse für das Aufzugsystem zu reduzieren.
Die vorstehenden sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden in Anbetracht der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der exemplarischen Ausführungsformen derselben noch
deutlicher, wie diese in den Begleitzeichnungen veranschaulicht sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht eines Aufzugsystems mit einem Traktionsantrieb
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Traktionsantriebs unter
Darstellung eines Zugelements und einer Scheibe;
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3 eine
im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
unter Darstellung einer Mehrzahl von Zugelementen;
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4 ein
weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
unter Darstellung einer Traktionsscheibe mit einer konvexen Formgebung
zum Zentrieren des Zugelements;
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5 ein
weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
unter Darstellung einer Traktionsscheibe und eines Zugelements mit
komplementären
Konturen zum Steigern der Traktion und zum Führen eines eingriffsmäßigen Zusammenwirkens
zwischen dem Zugelement und der Scheibe;
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9 eine
Schnittdarstellung des Zugelements;
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6 eine
vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines einzelnen Strangs eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung
mit sechs Litzen, die um einen zentrale Litze verdrillt sind;
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7 eine
vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels
eines Einzelstrangs gemäß der Erfindung;
und
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8 eine
vergrößerte Querschnittsdarstellung
noch eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Beste Art
und Weise zum Ausführen
der Erfindung
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In 1 ist
ein Traktionsaufzugsystem 12 dargestellt. Das Aufzugsystem 12 beinhaltet
eine Kabine 14, ein Gegengewicht 16, einen Traktionsantrieb 18 und
eine Maschine 20. Der Traktionsantrieb 18 weist
ein Zugelement 22, das die Kabine 14 und das Gegengewicht 16 miteinander
verbindet, sowie eine Traktionsscheibe 24 auf. Das Zugelement 22 wirkt mit
der Scheibe 24 derart zusammen, dass eine Drehung der Scheibe 24 eine
Bewegung des Zugelements 22 und somit der Kabine 14 und
des Gegengewichts 16 hervorruft. Die Maschine 20 wirkt
mit der Scheibe 24 zusammen, um die Scheibe 24 zu
drehen. Obwohl die Darstellung eine Getriebemaschine 20 veranschaulicht,
versteht es sich, dass diese Konfiguration lediglich erläuternden
Zwecken dient und die vorliegende Erfindung sowohl bei Getriebemaschinen
als auch getriebelosen Maschinen verwendet werden kann.
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Das
Zugelement 22 und die Scheibe 24 sind in 2 detaillierter
dargestellt. Bei dem Zugelement 22 handelt es sich um eine
einzelne Vorrichtung, bei der eine Mehrzahl von Strängen 26 in
eine gemeinsame Umhüllungsschicht 28 integriert
ist. Jedes der Seile 26 ist aus gelegten oder verdrillten
Litzen aus synthetischen, nicht-metallischen Fasern mit hoher Festigkeit,
wie z.B. im Handel erhältlichen
Aramidfasern, gebildet. Die Stränge 26 haben
die gleiche Länge,
sind in Breitenrichtung innerhalb der Umhüllungsschicht 28 in
etwa gleich voneinander beabstandet und sind entlang der Breitendimension
linear angeordnet. Die Umhüllungsschicht 28 ist
aus einem Polyurethanmaterial, vorzugsweise einem thermoplastischen
Urethan, gebildet, das in einer derartigen Weise auf sowie durch
die mehreren Stränge 26 hindurch extrudiert
ist, dass jeder der einzelnen Stränge 26 gegen Längsbewegung
relativ zu den anderen Strängen 26 festge legt
ist. Ein alternatives Ausführungsbeispiel
sieht transparentes Material vor, das von Vorteil sein kann, da
es eine visuelle Überprüfung des
flachen Seils bzw. Gurts erleichtert. Von der Konstruktion her ist
die Farbe natürlich
irrelevant. Es können
auch andere Materialien für
die Umhüllungsschicht 28 verwendet
werden, wenn diese zum Erfüllen
der erforderlichen Funktionen der Umhüllungsschicht ausreichend sind:
Hierbei handelt es sich um Traktion, Verschleiß, Übertragung der Traktionslasten
auf die Stränge 26 sowie
Widerstandsfähigkeit gegen
Umweltfaktoren. Ferner ist darauf hinzuweisen, dass bei Verwendung
von anderen Materialien, die die mechanischen Eigenschaften eines
thermoplastischen Urethans nicht erfüllen oder diese übersteigen,
der zusätzliche
Vorteil der Erfindung, nämlich
eine erhebliche Reduzierung des Scheibendurchmessers, möglicherweise
nicht vollständig
erreicht werden kann. Mit den mechanischen Eigenschaften von thermoplastischem
Urethan lässt
sich der Scheibendurchmesser auf 100 mm oder weniger reduzieren.
Die Umhüllungsschicht 28 definiert
eine Eingriffsfläche 30,
die mit einer entsprechenden Oberfläche der Traktionsscheibe 24 in
Berührung steht.
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Wie
in 9 deutlicher zu sehen ist, hat das Zugelement 22 eine
Breite w gemessen in seitlicher Richtung relativ zu der Länge des
Zugelements 22 sowie eine Dicke t1 gemessen in Richtung
der Biegung des Zugelements 22 um die Scheibe 24.
Jeder der Stränge 26 hat
einen Durchmesser d, und diese sind mit einer Distanz s voneinander
beabstandet. Ferner ist die Dicke der Umhüllungsschicht 28 zwischen
den Strängen 26 und
der Eingriffsfläche 30 als t2
definiert und zwischen den Strängen 26 und
der gegenüberliegenden
Oberfläche
als t3 definiert, so dass t1 = t2 + t3 + d.
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Die
Gesamtabmessungen des Zugelements 22 führen zu einem Querschnitt mit
einem Dimensionsverhältnis,
das viel größer ist
als Eins, wobei das Dimensionsverhältnis definiert ist als das
Verhältnis der
Breite w zu der Dicke t1 oder (Dimensionsverhältnis = w/t1 ). Ein Dimensionsverhältnis von
Eins entspricht einem kreisförmigen
Querschnitt, wie dies bei herkömmlichen
runden Seilen üblich
ist. Je höher
das Dimensionsverhältnis
ist, desto flacher ist das Zugelement 22 im Querschnitt.
Eine flache Ausbildung des Zugelements 22 führt zu einer
Minimierung der Dicke t1 sowie einer Maximierung der Breite w des Zugelements 22 ohne
Einbußen
bei der Querschnittsfläche oder
der Lasttragekapazität.
Diese Konfiguration führt
zu einem Verteilen des Seildrucks über die Breite des Zugelements 22 und
vermindert den maximalen Seildruck gegenüber einem runden Seil mit vergleichbarer
Querschnittsfläche
und Lasttragekapazität.
Wie in 2 gezeigt ist, ist für das Zugelement 22,
das fünf
Einzelstränge 26 in
einer Anordnung in der Umhüllungsschicht 28 aufweist,
das Dimensionsverhältnis
größer als
Fünf. Obwohl
die Darstellung ein Dimensionsverhältnis von größer als
Fünf aufweist,
ist man der Ansicht, dass sich Vorteile auch von Zugelementen mit
Dimensionsverhältnis
von größer als
Eins, insbesondere für
Dimensionsverhältnisse
von größer als
Zwei, ergeben.
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Die
Beabstandung s zwischen einander benachbarten Strängen 26 ist
von den bei dem Zugelement 22 verwendeten Materialien und
Herstellungsprozessen sowie von der Verteilung der Seilbelastung über das
Zugelement 22 abhängig.
Hinsichtlich des Gewichts ist es wünschenswert, die Beabstandung
s zwischen einander benachbarten Strängen 26 zu minimieren,
um dadurch die Menge an Umhüllungsmaterial
zwischen den Strängen 26 zu
reduzieren. Unter Berücksichtigung
der Seilspannungsverteilung können
jedoch Grenzen dahingehend vorhanden sein, wie nahe beieinander
die Stränge 26 angeordnet
sein können,
um übermäßige Spannungsbelastung
in der Umhüllungsschicht 28 zwischen
einander benachbarten Strängen 26 zu
vermeiden. Auf der Basis dieser Überlegungen
kann die Beabstandung für
die speziellen Lasttrageerfordernisse optimiert werden.
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Die
Dicke t2 der Umhüllungsschicht 28 ist von
der Seilspannungsverteilung und den Verschleißeigenschaften des Materials
der Umhüllungsschicht 28 abhängig. Wie
zuvor, ist es wiederum wünschenswert, übermäßige Spannungsbelastung
in der Umhüllungsschicht 28 zu
vermeiden, während gleichzeitig
ausreichend Material zum Maximieren der erwarteten Lebensdauer des
Zugelements 22 vorgesehen ist.
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Die
Dicke t3 der Umhüllungsschicht 28 ist von
der Verwendung des Zugelements 22 abhängig. Wie in 1 dargestellt
ist, läuft
das Zugelement 22 über
eine einzelne Scheibe 24, so dass die obere Oberfläche 32 nicht
mit der Scheibe 24 in Berührung tritt. Bei dieser Anwendung
kann die Dicke t3 sehr gering sein, obwohl sie ausreichend sein
muss, um der Dehnung standzuhalten, wenn das Zugelement 22 über die
Scheibe 24 läuft.
Es kann auch wünschenswert
sein, die Oberfläche 32 des
Zugelements mit Nuten auszubilden, um Zugbelastung in der Dicke
t3 zu reduzieren. Andererseits kann eine Dicke t3, die zu der Dicke
t2 äquivalent
ist, erforderlich sein, wenn das Zugelement 22 in einem
Aufzugsystem verwendet wird, bei dem ein umgekehrtes Biegen des
Zugelements 22 um eine zweite Scheibe erforderlich ist. Bei
dieser Anwendung handelt es sich sowohl bei der oberen 32 als
auch bei der unteren Oberfläche 30 des
Zugelements 22 um eine Eingriffsfläche, so dass diese den gleichen
Anforderungen hinsichtlich Verschleiß und Spannungsbelastung unterliegen.
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Der
Durchmesser d der einzelnen Stränge 26 sowie
die Anzahl der Stränge 26 ist
von der speziellen Anwendung abhängig.
Es ist wünschenswert, die
Dicke d so klein wie möglich
zu halten, wie dies Eingangs erläutert
worden ist, um die Flexibilität
zu maximieren und die Spannungsbelastung in den Strängen 26 zu
minimieren.
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Obwohl
in 2 eine Mehrzahl runder Seile 26 in die
Umhüllungsschicht 28 eingebettet
ist, können
auch andere Arten von Einzelseilen bei dem Zugelement 22 verwendet
werden, einschließlich
solcher, die Dimensionsverhältnisse
von größer als
Eins aufweisen, und zwar aus Gründen
der Kosten, der Lebensdauer oder der einfachen Herstellbarkeit.
Beispiele sind oval ausgebildete Seile 34, flache oder rechteckig
ausgebildete Seile bzw. Gurte 36 oder ein einzelnes Flachseil 38,
das über
die Breite des Zugelements 22 ausgebreitet ist. Ein Vorteil
des zuletzt angesprochenen Ausführungsbeispiels
besteht darin, dass die Verteilung des Seildrucks gleichmäßiger sein
kann und daher der maximale Seildruck innerhalb des Zugelements 22 niedriger
sein kann als bei den anderen Konfigurationen. Da die Seile in eine Umhüllungsschicht
eingekapselt sind und da die Umhüllungsschicht
die Eingriffsfläche
bildet, ist die tatsächliche
Formgebung der Seile für
die Traktion weniger signifikant und kann für andere Zwecke optimiert werden.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist jeder der Stränge 26 aus
vorzugsweise sieben verdrillten Litzen gebildet, von denen jede
aus sieben verdrillten Metalldrähten
gebildet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Konfiguration
der Erfindung wird ein Stahlmaterial mit hohem Kohlenstoffgehalt
verwendet. Der Stahl ist vorzugsweise kalt gezogen und galvanisiert,
und zwar in Anbetracht der anerkannten Eigenschaften von Festigkeit
und Korrosionsbeständigkeit
dieser Verfahrensweisen. Bei dem Umhüllungsmaterial handelt es sich
vorzugsweise um ein Polyurethanmaterial auf Etherbasis mit einer
flammhemmenden Zusammensetzung. Die flammhemmenden Eigenschaften
lassen sich erreichen durch Auswählen
eines Materials für
die Umhüllungsschicht,
das in inhärenter
Weise flammhemmend ist, oder durch Verwendung eines Zusatzes zu
dem Material der Umhüllungsschicht,
um dieses flammhemmend zu machen. Beispiele für solche Zusätze sind
Phosphorester, Melamine und Halogene.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das
Stahlstränge
beinhaltet, wie es in 6 gezeigt ist, weist jede Litze 27 eines
Strangs 26 sieben Drähte
auf, wobei sechs der Drähte 29 um
einen zentralen Draht 31 verdrillt sind. Jeder Strang 26 weist
also eine zentral angeordnete Litze 27a sowie sechs zusätzliche äußere Litzen 27b auf,
die um die zentrale Litze 27a verdrillt sind. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Verdrillungsmuster der Einzeldrähte 29,
die die zentrale Litze 27a bilden, um ein Verdrillungsmuster
in einer Richtung um den zentralen Draht 31 der zentralen
Litze 27a, während
die Drähte 29 der äußeren Litzen 27b in
der entgegengesetzten Richtung um den zentralen Draht 31 der äußeren Litzen 27 verdrillt
sind. Die äußeren Litzen 27b sind
um die zentrale Litze 27a in der gleichen Richtung verdrillt,
in der die Drähte 29 um
den zentralen Draht 31 in der Litze 27a verdrillt
sind. Zum Beispiel umfassen die einzelnen Litzen bei einer Ausführungsform
den zentralen Draht 31 in der zentralen Litze 27a,
wobei die sechs verdrillten Drähte 29 im
Uhrzeigersinn verdrillt sind, während
die Drähte 29 in
den äußeren Litzen 27b im
Gegenuhrzeigersinn um ihre einzelnen zentralen Drähte 31 verdrillt
sind, während
auf der Ebene des Strangs 26 die äußeren Litzen 27b um
die zentrale Litze 27a im Uhrzeigersinn verdrillt sind.
Die Verdrillungsrichtungen verbessern die Eigenschaften der Lastverteilung
in allen Drähten
des Strangs.
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Für den Erfolg
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist es wichtig, Draht 29 mit einer sehr kleinen
Größe zu verwenden.
Jeder Draht 29 und 31 hat einen Durchmesser von
weniger als 0,25 mm, wobei dieser vorzugsweise im Bereich von ca.
0,10 mm bis 0,20 mm liegt. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel
haben die Drähte
einen Durchmesser von 0,175 mm. Die kleinen Größen der vorzugsweise verwendeten
Drähte
tragen zu dem Vorteil bei, dass sich eine Scheibe mit kleinerem Durchmesser
verwenden lässt.
Der Draht mit kleinerem Durchmesser kann dem Biegeradius einer Scheibe
mit kleinerem Durchmesser (einem Durchmesser von ca. 100 mm) standhalten,
ohne dass zu viel Belastung auf die Litzen des Flachseils ausgeübt wird.
Durch die integrale Ausbildung einer Vielzahl kleiner Stränge 26,
die bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel
der Erfindung einen Gesamtdurchmesser von vorzugsweise ca. 1,6 mm
aufweisen, in dem Flachseil-Elastomermaterial, wird der auf jeden Strang
wirkende Druck im Vergleich zu Seilen des Standes der Technik beträchtlich
vermindert. Der Strang-Druck wird für eine bestimmte Last und einen bestimmten
Drahtquerschnitt zumindest mit n–½ vermindert,
wobei n die Anzahl der parallelen Stränge in dem Flachseil ist.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel der
Konfiguration, in die Stränge
aus Metallmaterialien integriert sind, wie dies in 7 gezeigt
ist, verwendet der zentrale Draht 35 der zentralen Litze 37a jedes
Strangs 26 einen größeren Durchmesser. Wenn
z.B. die Drähte 29 des
vorangehenden Ausführungsbeispiels
(0,175 mm) verwendet werden, hätte der
zentrale Draht 35 nur der zentralen Litze von allen Strängen einen
Durchmesser von ca. 0,20 bis 0,22 mm. Der Effekt einer solchen Durchmesseränderung
des zentralen Drahts besteht in der Reduzierung des Kontakts zwischen
den den Draht 35 umgebenden Drähten 29 sowie in der
Reduzierung des Kontakts zwischen den Litzen 37b, die um
die Litze 37a verdrillt sind. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel
ist der Durchmesser des Strangs 26 geringfügig größer als
bei dem vorausgehenden Beispiel mit 1,6 mm.
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Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel
der Konfiguration, in die aus Metallmaterialien gebildete Stränge integriert
sind, wie es in 8 gezeigt ist, ist das Konzept
des Ausführungsbeispiels
der 7 zum weiteren Reduzieren des Kontakts von Draht
zu Draht und von Litze zu Litze erweitert. Es werden drei verschiedene
Größen von
Drähten
verwendet, um die erfindungsgemäßen Stränge zu bilden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem größten Draht
um den zentralen Draht 202 in der zentralen Litze 200.
Die Drähte 204 mit
mittlerem Durchmesser sind um den zentralen Draht 202 der zentralen
Litze 200 angeordnet und bilden somit einen Teil der zentralen
Litze 200. Dieser Draht 204 mit mittlerem Durchmesser
bildet auch den zentralen Draht 206 für alle äußeren Litzen 210.
Die Drähte
mit dem kleinsten verwendeten Durchmesser sind mit dem Bezugszeichen 208 bezeichnet.
Diese umhüllen jeden
Draht 206 in jeder äußeren Litze 210.
Alle der Drähte
bei diesem Ausführungsbeispiel
haben immer noch einen Durchmesser von weniger als 0,25 mm. Bei
einem repräsentativen
Ausführungsbeispiel
können
die Drähte 202 einen
Durchmesser von 0,21 mm, die Drähte 204 einen
Durchmesser von 0,19 mm, die Drähte 206 einen
Durchmesser von 0,19 mm und die Drähte 208 einen Durchmesser
von 0,175 mm aufweisen. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Drähte 204 und 206 gleiche
Durchmesser aufweisen und nur zur Schaffung von positionsmäßiger Information
mit verschiedenen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es ist darauf hinzuweisen,
dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, dass die Drähte 204 und 206 identischen
Durchmesser aufweisen. Alle Durchmesser der vorgesehenen Drähte dienen
lediglich als Beispiel, und es wäre
auch eine geänderte
Anordnung von diesen möglich,
wobei das Zusammenfügungsprinzip
derart ist, dass die Berührung
innerhalb der äußeren Drähte der
zentralen Litze vermindert ist, dass die Berührung innerhalb der äußeren Drähte der äußeren Litzen
vermindert ist und dass die Berührung
innerhalb der äußeren Litzen
vermindert ist. Bei dem vorgesehen Beispiel (das lediglich der Veranschaulichung
dient) beträgt
der zwischen den äußeren Drähten der äußeren Litzen
gebildete Raum 0,014 mm. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Raum zwischen
den Drähten
während
des Vorgangs der Aufbringung der Umhüllungsschicht auf die Stränge mit
dem Umhüllungsschichtmaterial
ausgefüllt
wird. Als Ergebnis hiervon trägt
die Umhüllungsschicht
zu der Reduzierung des Kontakts von Draht zu Draht bei.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Traktionsscheibe 24 eine
Basis 40 und eine Auskleidung bzw. einen Einsatz 42.
Die Basis 40 ist aus Gusseisen gebildet und beinhaltet
ein Paar Kränze 44,
die auf gegenüberliegenden
Seiten der Scheibe 24 angeordnet sind, um eine Nut 46 zu
bilden. Die Auskleidung 42 beinhaltet eine Basis 48 mit
einer Traktionsfläche 50 sowie
ein Paar Flansche 52, die von den Kränzen 44 der Scheibe 24 abgestützt sind. Die
Auskleidung 42 ist aus einem Polyurethanmaterial gebildet,
wie z.B. dem in dem US-Patent Nr. 5,112,933 beschriebenen Material
der gleichen Anmelderin oder aus einem beliebigen anderen geeigneten
Material, das die gewünschte
Traktion mit der Eingriffsfläche 30 der
Umhüllungsschicht 28 sowie die
gewünschten
Verschleißeigenschaften
aufweist. Innerhalb des Traktionsantriebs 18 ist es wünschenswert,
dass Verschleiß eher
bei der Scheiben-Auskleidung 42 als bei der Scheibe 24 oder
dem Zugelement 22 auftritt, und zwar aufgrund der Kosten,
die in Verbindung mit dem Austauschen des Zugelements 22 oder
der Scheibe 24 entstehen. Als solche hat die Auskleidung 42 die
Funktion einer Opferschicht bei dem Traktionsantrieb 18.
Die Auskleidung 42 ist entweder durch Haftverbindung oder
ein beliebiges anderes herkömmliches
Verfahren in der Nut 46 festgehalten und bildet die Traktionsfläche 50 zum
Aufnehmen des Zugelements 22. Die Traktionsfläche 50 hat einen
Durchmesser D. Der Eingriff zwischen der Traktionsfläche 50 und
der Eingriffsfläche 30 schafft die
Traktion zum Antreiben des Aufzugsystems 12. Der Durchmesser
einer Scheibe zur Verwendung zusammen mit dem vorstehend beschriebenen
Traktionselement ist gegenüber
den Scheibendurchmessern des Standes der Technik ganz erheblich
reduziert. Im Spezielleren können
Scheiben zur Verwendung mit dem Flachseil der Erfindung in ihrem
Durchmesser auf 100 mm oder weniger vermindert werden. Wie für den Fachmann
unmittelbar erkennbar ist, ermöglicht
eine derartige Durchmesserreduzierung der Scheibe die Verwendung
einer viel kleineren Maschine. In der Tat können die Maschinengrößen auf
ein 1/4 ihrer herkömmlichen
Größe z.B.
bei getriebelosen Anwendungen mit geringer Höhe für typische Aufzüge mit einer
Kapazität
von acht Personen fallen. Dies ist dadurch bedingt, dass die Drehmomenterfordernisse
bei einer Scheibe mit einem Durchmesser von 100 mm auf ca. 1/4 vermindert
würden und
die Drehzahl des Motors erhöht
würde.
Entsprechend sinken auch die Kosten für die angegebenen Maschinen.
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Obwohl
eine Auskleidung 42 dargestellt ist, versteht es sich für den Fachmann,
dass das Zugelement 22 auch bei einer Scheibe ohne Auskleidung 42 verwendet
werden kann. Alternativ hierzu kann die Auskleidung 42 ersetzt
werden, indem die Scheibe mit einer Schicht aus einem ausgewählten Material, wie
z.B. Polyurethan, beschichtet wird, oder aber die Scheibe kann aus
einem geeigneten synthetischen Material gebildet oder in einer Form
hergestellt werden. Diese Alternativen können sich als kosteneffektiv
erweisen, wenn aufgrund der reduzierten Größe der Scheibe die Feststellung
getroffen wird, dass es kostengünstiger
sein kann, einfach die gesamte Scheibe auszutauschen als die Scheiben-Auskleidungen
zu ersetzen.
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Die
Formgebung der Scheibe 24 und der Auskleidung 42 definiert
einen Raum 54, in dem das Zugelement 22 aufgenommen
wird. Die Kränze 44 und
die Flansche 52 der Auskleidung 42 schaffen eine
Begrenzung für
das eingriffsmäßige Zusammenwirken
zwischen dem Zugelement 22 und der Scheibe 24 und
sie führen
diesen Eingriff, um ein Trennen des Zugelements 22 von
der Scheibe 24 zu verhindern.
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Ein
alternatives Ausführungsbeispiel
des Traktionsantriebs 18 ist in 3 veranschaulicht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
beinhaltet der Traktionsantrieb 18 drei Zugelemente 56 und
eine Traktionsscheibe 58. Jedes der Zugelemente 56 ist
in seiner Konfiguration dem vorstehend in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen
Zugelement 22 ähnlich. Die
Traktionsscheibe 58 beinhaltet eine Basis 62,
ein Paar Kränze 64,
die auf gegenüberliegenden
Seiten der Scheibe 58 angeordnet sind, ein Paar Trennelemente 66 sowie
drei Auskleidungen 68. Die Trennelemente 66 sind
von den Kränzen 64 sowie
voneinander in seitlicher Richtung beabstandet, um drei Nuten 70 zu
bilden, die die Auskleidungen 68 aufnehmen. Wie bei der
unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Auskleidung 62 beinhaltet
auch jede Auskleidung 68 eine Basis 72, die eine
Traktionsfläche 74 zum
Aufnehmen von einem der Zugelemente 56 bildet, sowie ein
Paar Flansche 76, die an den Kränzen 64 oder den Trennelementen 66 anliegen.
Wie auch in 2 ist auch die Auskleidung 42 breit
genug, damit ein Raum 54 zwi schen den Rändern des Zugelements und den
Flanschen 76 der Auskleidung 42 vorhanden sein
kann.
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Alternative
Konstruktionen für
den Traktionsantrieb 18 sind in den 4 und 5 veranschaulicht. 4 zeigt
eine Scheibe 86 mit einer konvex geformten Traktionsfläche 88.
Die Formgebung der Traktionsfläche 88 beaufschlagt
das flache Zugelement 90 derart, dass dieses während des
Betriebs zentriert bleibt. 5 veranschaulicht
ein Zugelement 92 mit einer konturierten Eingriffsfläche 94,
die durch die eingekapselten Stränge 96 definiert
ist. Die Traktionsscheibe 98 weist eine Auskleidung 100 mit einer
Traktionsfläche 102 auf,
die eine Kontur hat, die zu der Kontur des Zugelements 92 komplementär ist. Die
komplementäre
Konfiguration sorgt für
ein Führen
des Zugelements 92 während
des Eingriffs und erhöht
ferner die Traktionskräfte
zwischen dem Zugelement 9 und der Traktionsscheibe 98.
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Die
Verwendung von Zugelementen und Traktionsantrieben gemäß der vorliegenden
Erfindung kann zu signifikanten Verminderungen bei dem maximalen
Seildruck zusammen mit entsprechenden Verminderungen bei dem Scheibendurchmesser
und den Drehmomenterfordernissen führen. Die Reduzierung des maximalen
Seildrucks resultiert daraus, dass die Querschnittsfläche des
Zugelements ein Dimensionsverhältnis
von größer als
Eins aufweist. Unter der Annahme, dass das Zugelement mit einem einzelnen
Flachseil über
seine Breite ausgebildet ist, wird für diese Konfiguration die Berechnung
des ungefähren
maximalen Seildrucks folgendermaßen vorgenommen: Pmax ≡ (2F/Dw).
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Dabei
bezeichnet F den maximalen Zug in dem Zugelement. Für die übrigen angesprochenen Konfigurationen
wäre der
maximale Seildruck in etwa der gleiche, obwohl er aufgrund der separaten
Ausbildung der einzelnen Seile geringfügig höher wäre. Für ein rundes Seil in einer
runden Nut erfolgt die Berechnung des maximalen Seildrucks folgendermaßen: Pmax ≡ (2F/Dd)(4/π).
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Der
Faktor von (4/π)
führt zu
einer Steigerung von mindestens 27% bei dem maximalen Seildruck,
unter der Annahme, dass die Durchmesser und die Zugspannungsniveaus
vergleichbar sind. In signifikanterer Weise ist die Breite w viel
größer als der
Strangdurchmesser d, wobei dies zu einem stark reduzierten maximalen
Seildruck führt.
Wenn die herkömmlichen
Seilnuten unterschnitten sind, ist der maximale Seildruck sogar
noch größer, und
somit können
stärker
relative Verminderungen in dem maximalen Seildruck unter Verwendung
einer Konfiguration mit flachem Zugelement erzielt werden. Ein weiterer
Vorteil des Zugelements gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass die Dicke t1 des Zugelements viel
kleiner sein kann als der Durchmesser d von runden Seilen mit äquivalenter
Lasttragekapazität.
Dies erhöht
die Flexibilität
des Zugelements im Vergleich zu herkömmlichen Seilen.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf exemplarische Ausführungsformen
derselben dargestellt und beschrieben worden ist, versteht es sich
für den
Fachmann, dass verschiedene Änderungen, Weglassungen
und Hinzufügungen
an dieser vorgenommen werden können,
ohne dass man den Gedanken und den Umfang der Erfindung verlässt.