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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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Die
GB-A-2 162 283 , bei der es sich um den nähesten Stand der Technik handelt, offenbart eine Minenwinde, die eine Kabine, ein drehbares Schaftschmiedeteil mit einem integralen Rotorkörper sowie Flachgurt-Zugelemente aufweist, an denen die Kabine und das Gegengewicht aufgehängt sind, und die zum Schaffen der Hebekraft für die Kabine ausgebildet ist, wobei das Zugelement dazu ausgebildet ist, mit dem Rotorkörper zusammenzuwirken und von diesem antriebsmäßig bewegt wird, um die Kabine anzuheben und abzusenken, wobei das Zugelement eine Breite, eine Dicke gemessen in der Biegerichtung sowie eine Eingriffsfläche aufweist, die durch die Breitendimension des Zugelements gebildet bzw. definiert ist, wobei das Zugelement ein Dimensionsverhältnis, das als das Verhältnis der Breite relativ zu der Dicke definiert ist, von größer als Eins aufweist, wobei das Zugelement einen lasttragenden Strang aufweist, der in eine Umhüllungsschicht aus einem elastomeren Material eingeschlossen ist. Das Zugelement beinhaltet ferner eine Mehrzahl der lasttragenden Stränge, die relativ zueinander beabstandet sind, wobei die Umhüllungsschicht die mehreren voneinander beabstandeten Stränge umschließt.
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Die
JP-A-9-210 84 offenbart ein Drahtseil für einen Webstuhl mit einer Mehrzahl von Strängen, die in ein Umhüllungsmaterial eingebettet sind. Die Stränge sind aus Drahtlitzen gebildet, wobei der Strang eine zentrale Litze und eine Mehrzahl von äußeren Litzen aufweist, die um die zentrale Litze herumgelegt sind, wobei innerhalb der zentralen Litze eine Mehrzahl von Drähten mit unterschiedlichen Durchmessern vorhanden ist. Die einzelnen Stränge sind eng aneinander Seite an Seite angeordnet.
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Die
US-A-5 461 850 offenbart einen gummierten Strahlstrang, der eine zentrale Litze und bis zu neun äußere Litzen aufweist, wobei die zentrale Litze und die äußeren Litzen aus einem zentralen Draht und einer Mehrzahl von äußeren Drähten gebildet sind, die um den zentralen Draht verdrillt sind. Die zentralen Drähte weisen im Vergleich zu den äußeren Drähten der jeweiligen Litze einen größeren Durchmesser auf. Auch hat der zentrale Draht der zentralen Litze einen größeren Durchmesser als die zentralen Drähte der äußeren Litzen. Die runden, gummierten Stahlstränge können beispielsweise als Förderseil verwendet werden. Das Dokument offenbart ferner ein Förderergurt mit einer Mehrzahl solcher Stränge, die Seite an Seite innerhalb einer einer gemeinsamen Umhüllungsschicht angeordnet sind.
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Günther Apel und Rolf Nünninghoff: Verbesserung der Eigenschaften hochfester Seile durch Optimierung der Seilkonstruktion, in: Draht 33 (1982), Seiten 645 bis 649 und 686 bis 688, offenbart ein nicht umhülltes rundes Seil, das aus Drähten mit der Durchmesserabstufung 0,73 mm – 0,67 mm – 0,65 mm – 0,60 mm gebildet ist. Das runde Seil ist aus 1 + 6 Litzen gebildet, wobei jede Litze aus 1 + 6 Drähten gebildet ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung eines Aufzugsystems des in der
GB-A-2 162 283 offenbarten Typs, das einen reduzierten Traktionsscheibendurchmesser aufweist.
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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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Die vorliegende Erfindung schafft ein Aufzugsystem gemäß Anspruch 1.
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Somit 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 besteht in der flachen 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 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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Kleinere Scheibendurchmesser reduzieren das erforderliche Drehmoment der Maschine zum Antreiben der Scheibe und steigern die Rotationsgeschwindigkeit. Aus diesem Grund können kleinere und kostengünstigere Maschinen zum Antreiben des Aufzugsystems verwendet werden.
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Die einzelnen Stränge sind 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. Die Umhüllungsschicht kann aus einer flammhemmenden Zusammensetzung gebildet sein. Die flammhemmende Umhüllungsschicht minimiert die Wirkungen eines Feuers auf die nicht-metallischen 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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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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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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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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6 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines einzelnen Strangs mit sechs Litzen, die um eine zentrale Litze verdrillt sind (wobei es sich um kein Ausführungsbeispiel der beanspruchten Erfindung handelt);
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7 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels eines Einzelstrangs gemäß der Erfindung (wobei es sich um kein Ausführungsbeispiel der beanspruchten Erfindung handelt);
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8 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
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9 eine Schnittdarstellung des Zugelements.
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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 festgelegt 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 etwa 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 Dimensionsverhältnissen 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, flache oder rechteckig ausgebildete Seile bzw. Gurte oder ein einzelnes Flachseil, das über die Breite des Zugelements 22 ausgebreitet ist. Ein Vorteil des zuletzt angesprochenen Ausführungsbeispiels mit dem einzelnen Flachseil 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 Zugelement 22, 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 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. Eine Ausführungsform mit identischen Durchmessern des zentralen Drahts 31 und der äußeren Drähte 29 liegt nicht im Umfang der Ansprüche. 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 einen Gesamtdurchmesser von vorzugsweise ca. 1,6 mm aufweisen, in den 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–1/2 vermindert, wobei n die Anzahl der parallelen Stränge in dem Flachseil ist.
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Wie 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 0,21 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 dem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit 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. Bei einem repräsentativen Ausführungsbeispiel weisen 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 auf. 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. Alle Durchmesser der Drähte sind in einem derartigen Zusammenfügungsprinzip angeordnet, 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 sind Scheiben zur Verwendung mit dem Flachseil der Erfindung in ihrem Durchmesser auf etwa 100 mm oder weniger reduziert. 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 zwischen 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 so wie das in 6d dargesellte Zugelement 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 der 6a–c 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 den Umfang der Erfindung verlässt, wie diese beansprucht ist.
