ES2550528B1 - Sistema de suspensión y tracción y ascensor que comprenden al menos una polea y un elemento de suspensión y tracción con al menos un hilo de una aleación con memoria de forma - Google Patents

Abstract

Sistema de suspensión y tracción y ascensor que comprenden al menos una polea y un elemento de suspensión y tracción con al menos un hilo de una aleación con memoria de forma.#Sistema de suspensión y tracción provisto de al menos un elemento de suspensión y tracción y al menos una polea donde el diámetro de la polea, {ot}{sub,polea}, es menor o igual a 130 mm, el elemento de suspensión y tracción comprende una sección portante de cargas con al menos un hilo de diámetro {ot}{sub, hilosma}, de una aleación con memoria de forma escogida entre las aleaciones de memoria de forma cuya temperatura característica Af se encuentra por debajo de la temperatura ambiente, el valor del cociente {ot}{sub,polea}/{ot}{sub,hilosma} está entre 50 y 2000. Con esta configuración se mejora la vida a fatiga.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de suspensión y tracción y ascensor que comprenden al menos una polea y un elemento de suspensión y tracción con al menos un hilo de una aleación con memoria de forma. 5

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se refiere a sistemas de suspensión y tracción con polea y sus elementos portantes de cargas o elementos de suspensión y de tracción. En particular, se 10 refiere a un sistema provisto de al menos una polea y un elemento de suspensión y tracción con al menos un hilo compuesto de una aleación con memoria de forma (SMA por sus siglas en inglés “Shape Memory Alloys”).

ESTADO DE LA TÉCNICA 15

Los sistemas de suspensión y tracción, como elevadores, están provistos de una cabina, un contrapeso y una o más poleas y son accionados por máquinas o unidades de tracción, habitualmente un motor eléctrico, conectadas a la polea de tracción. El motor está dispuesto en una sala de máquinas sobre el hueco por donde se desplaza la cabina. En la actualidad 20 existe una tendencia en el diseño y desarrollo de elevadores para optimizar el uso del hueco y prescindir de la sala de máquinas. Los componentes como motores son lo suficientemente pequeños como para permitir un gran ahorro de espacio. Las poleas, sin embargo, no se pueden reducir todo lo deseable, ya que presentan el problema de que, a menor tamaño, mayores son los desgastes que sufren los elementos portantes a su paso por las mismas. 25 Las tensiones sufridas por la tracción y el contacto reducen la vida a fatiga de los cables o cintas drásticamente. En la solicitud EP2511219, se pretende evitar el desgaste entre los cordones adyacentes del cable evitando los contactos puntuales y separándolos con resina .Sin embargo, la invención no resuelve el problema de que al reducir el diámetro de la polea las tensiones debidas a la componente de flexión aumenten. 30

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Para evitar la degradación del elemento de suspensión y tracción a su paso por poleas de reducido tamaño, la presente invención se basa en el reconocimiento de que dicha 35 degradación se reduce considerablemente cuando se produce una transformación martensítica en elementos portantes provistos de al menos un hilo de una aleación con memoria de forma. Dicha trasformación hace posible un aumento de la flexibilidad con grandes deformaciones recuperables y sin gran incremento de tensión. La presente invención proporciona por tanto un sistema de suspensión y tracción provisto de al menos 40 un elemento de suspensión y tracción y al menos una polea donde el diámetro de la polea, Øpolea, es menor o igual a 130mm, el elemento de suspensión y tracción comprende una sección portante de cargas con al menos un hilo de una aleación con memoria de forma escogida entre las aleaciones de memoria de forma cuya temperatura característica Af se encuentra por debajo de la temperatura ambiente y el valor del cociente Øpolea/Øhilosma está 45 entre 50 y 2000.

Temperaturas características Af por debajo de la temperatura ambiente garantizan que la invención funcionará.

50

El valor añadido de las aleaciones con memoria de forma se fundamenta en la propiedad única que presenta este tipo de materiales, la superelasticidad. Esta propiedad tiene su origen en las especiales características de la transformación martensítica que se da en estos materiales cuando se someten a cierto nivel de tensión. Este peculiar comportamiento

hace que estos materiales posean una gran flexibilidad con unas grandes deformaciones recuperables, de hasta el 8%, y sin gran incremento de tensión, lo cual es inalcanzable para cualquier otra aleación metálica. Esta peculiaridad permite radios de doblado pequeños sin daño (sin deformaciones permanentes) en el cable, lo que permite a su vez poleas de diámetro más pequeño. Además se homogeneízan las tensiones entre hilos reduciendo 5 presiones de contacto, lo que mejoraría los contactos locales y reduciría las roturas de hilos individuales.

Un ciclo de deformación superelástica comienza con la aplicación de una carga. El material es estado austenítico inicial, se deforma elásticamente hasta alcanzar un nivel crítico de 10 tensión (σM s) tal que la estructura austenítica se vuelve termodinámicamente inestable y se induce su transformación en martensita demaclada. Macroscópicamente esta conversión o transformación directa se caracteriza por una gran deformación homogénea en un incremento de tensión muy pequeño debido a la reorientación de las variantes de martensita en la dirección de aplicación de la carga. Sin embargo, a nivel microscópico la deformación 15 no es homogénea, sino que la intercara entre fases austenita/martensita avanza en forma de frente de transformación desde su nucleación hasta que toda la estructura se encuentra en fase martensítica demaclada (σM f).

Gracias a la selección en el diámetro de la polea e hilos propuesta por la invención junto con 20 el uso de un material SMA, la transformación martensítica y por lo tanto las características de superelasticidad se dan en el cable sin necesidad de ninguna señal de activación especial, a temperaturas normales de uso para un ascensor. De esta manera se evita la degradación del elemento de suspensión y tracción con poleas de pequeño tamaño.

25

Otras ventajas adicionales y puestas en práctica particulares se definen en las reivindicaciones dependientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

30

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña la siguiente descripción de un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo se ha representado lo siguiente:

35

La figura 1 ilustra la evolución de la tensión longitudinal de un hilo cuando se flexiona sobre una polea.

La figura 2 es una comparativa entre un hilo de acero convencional y uno que comprende un material SMA. 40

La figura 3 muestra el régimen en el que se encuentra un hilo de SMA al pasar por una polea en función del ratio adimensional diámetro de la polea entre diámetro del hilo

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN 45

El sistema de la invención está provisto de al menos un elemento de suspensión y tracción (cable, cinta…) y al menos una polea cuyo diámetro es menor o igual a 130mm. La sección portante de cargas del elemento comprende al menos un hilo de una aleación con memoria de forma. Entre los materiales aptos para este fin figuran los siguientes, entre otros:

50

o NiTi (Ni 49-57 at%)

o NiTiCu (Cu 8-20at%)

o NiTiCr (Cr < 1at%)

o NiTiCo (Co<4%at)

o NiAl (Al 36-38 at%)

o NiTiPd (Ni 0-40 at%)

o NiTiNb (Ni 0-40 at%)

o CuZn (Zn 38.5-51.5%at)

o CuZn-X (X=Si,Sn,Al,Ga) 5

o CuAlNi (28-29 %at Al, 3-4.5 %at Ni)

o CuAlNi (Al 16-18 %at , Mn 9-13 %at)

o CuAlBe (Be 0.5-8 %at, Al 22-25 %at)

Todos estos materiales sufren una transformación martensítica a temperaturas de trabajo 10 normales para un ascensor, puesto que la temperatura característica de estas aleaciones con memoria de forma (es decir, la temperatura Af a la que se produce la transformación) está por debajo de la temperatura ambiente.

En la figura 1 se puede apreciar la tensión longitudinal que puede sufrir un hilo cuando se 15 flexiona sobre una polea. Antes de circular sobre la polea (cable recto), el hilo soporta una tensión (σ1), pero dicha tensión se incrementa, debido a la suma de la componente de flexión, una vez que el cable se encuentra sobre la polea (σ2). Tras abandonarla, recupera la tensión original (σ1). Durante su paso por polea se produce un incremento puntual al entrar en la misma (σ3), y un decremento también puntual al abandonarla (σ4). 20

En la figura 2a se muestra un esquema del sistema de suspensión de un ascensor, mientras que en las figuras 2b y 2c se puede observar la comparativa de lo que ocurre con el cable al pasar por la polea, en términos de tensión/fuerza de contacto y fatiga/desgaste, cuando el cable es convencional (acero) y cuando es de SMA. En las zonas donde el cable se 25 encuentra recto, los hilos del cable soportan una tensión similar ya sea de acero o SMA, figura 2a. Sin embargo, al pasar por la polea, la deformación se incrementa, y mientras en el cable convencional la tensión se dispara debido al comportamiento lineal del acero, en el SMA se produce una deformación sin aumento de la tensión que hace que las fuerzas de contacto sean menores. Este hecho repercute en la vida del cable, figura 2c, ya que a menor 30 fuerza de contacto menor es la fatiga y desgaste en los hilos.

En la figura 3 se puede observar el régimen en el que se encuentra un hilo de SMA al pasar por una polea en función del ratio adimensional diámetro de la polea entre diámetro del hilo. Si se encuentra por encima de 2000, no se produce transformación en el hilo, por lo que la 35 utilización de estas aleaciones carece de interés para el objetivo descrito en la invención. Cuando el ratio se encuentra por debajo de 50, se producen daños en el hilo que pueden dar lugar a una reducción dramática de la vida del cable. Por lo tanto, el rango de interés que pone en valor la utilización de materiales SMA para poder usar poleas de reducido diámetro sin que se produzcan daños en el cable, se encuentra entre 50 y 2000. 40

La invención se puede aplicar tanto a cables como a cintas. En el caso de un cable, la sección total (sección portante más funda) tiene una forma cuya relación anchura/espesor es sustancialmente igual a 1. La funda es, preferencial, aunque no necesariamente, polimérica. 45

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

   1. Sistema de suspensión y tracción provisto de al menos un elemento de suspensión y tracción y al menos una polea caracterizado porque:

   5

   - el diámetro de la polea, Øpolea, es menor o igual a 130mm,

   - el elemento de suspensión y tracción comprende una sección portante de cargas con al menos un hilo de diámetro Øhilosma, de una aleación con memoria de forma escogida entre las aleaciones de memoria de forma cuya temperatura característica Af se encuentra por debajo de la temperatura ambiente, 10

   - el valor del cociente Øpolea/Øhilosma está entre 50 y 2000.
2. 2. Sistema de suspensión y tracción según la reivindicación 1 caracterizado porque el material de la aleación con memoria de forma se escoge de la siguiente lista:

   15

   o NiTi (Ni 49-57 at%)

   o NiTiCu (Cu 8-20at%)

   o NiTiCr (Cr < 1at%)

   o NiTiCo (Co<4%at)

   o NiAl (Al 36-38 at%) 20

   o NiTiPd (Ni 0-40 at%)

   o NiTiNb (Ni 0-40 at%)

   o CuZn (Zn 38.5-51.5%at)

   o CuZn-X (X=Si,Sn,Al,Ga)

   o CuAlNi (28-29 %at Al, 3-4.5 %at Ni) 25

   o CuAlNi (Al 16-18 %at , Mn 9-13 %at)

   o CuAlBe (Be 0.5-8 %at, Al 22-25 %at)
3. 3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el elemento de suspensión y tracción está recubierto de una funda polimérica. 30
4. 4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el elemento de suspensión y tracción es un cable cuya sección tiene una forma cuya relación anchura/espesor es sustancialmente igual a 1.

   35
5. 5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-3 caracterizado porque el elemento de suspensión es una cinta cuya sección tiene una forma cuya relación anchura/espesor es mayor que 1.
6. 6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la polea 40 es una polea de tracción.
7. 7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-5 caracterizado porque la polea es una polea de desvío.

   45
8. 8. Ascensor que comprende un sistema de suspensión y tracción según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.