ES2822951T3

ES2822951T3 - Un miembro de tensión del elevador con un recubrimiento de elastómero de poliuretano termoplástico duro

Info

Publication number: ES2822951T3
Application number: ES17736672T
Authority: ES
Inventors: Valérie Kodeck; Vincent Vermeersch
Original assignee: Bekaert Advanced Cords Aalter NV
Current assignee: Bekaert Advanced Cords Aalter NV
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2021-05-05
Anticipated expiration: 2037-07-06
Also published as: EP3487802B1; WO2018015173A1; US11485611B2; CN109562914A; US20210284501A1; EP3487802A1; CN109562914B

Abstract

Un miembro (100, 200) de tensión de elevador que comprende uno o más cables (106) de acero y un recubrimiento (110, 210) que encierra dichos cables (106) de acero, en el que dicho recubrimiento (110, 210) comprende un elastómero de poliuretano termoplástico, teniendo dicho elastómero de poliuretano termoplástico una fase cristalina dura y una fase blanda, caracterizada porque la temperatura de transición vítrea de dicha fase cristalina dura (TgHS) es superior a 90ºC.

Description

DESCRIPCIÓN

Un miembro de tensión del elevador con un recubrimiento de elastómero de poliuretano termoplástico duro Campo técnico

La invención se refiere a un miembro de tensión del elevador revestido de polímero que soporta la carga de la cabina y el contrapeso en un elevador. El miembro de tensión del elevador es particularmente adecuado para su uso en un elevador sin cuarto de máquinas. En el contexto de esta solicitud, un miembro de tensión puede ser un solo cable de acero incrustado en un recubrimiento de polímero, o múltiples cables de acero dispuestos paralelos entre sí en un solo plano incrustados en un recubrimiento de polímero.

Técnica antecedente

Los filamentos de acero fino de alta resistencia (por ejemplo: filamentos con un diámetro de menos de 0.30 mm y una resistencia a la tracción superior a 2000 N/mm2) que se ensamblan en cables de acero se utilizan cada vez más en los miembros de tensión de los elevadores por una variedad de razones

• Como los filamentos son finos, las tensiones de flexión inducidas sobre los filamentos por una polea o roldana son menores que en las cuerdas de acero de la técnica anterior con alambres gruesos;

• Además, dado que los filamentos tienen una alta resistencia a la tracción, las tensiones máximas de flexión inducidas pueden ser mayores sin afectar el ciclo de fatiga de los cables de acero.

• Como los filamentos son delgados y tienen una alta resistencia a la tracción, el requisito de carga de rotura de un miembro de tensión del elevador se puede cumplir con un cable de acero de menor diámetro. Mientras que en las cuerdas de elevador de la técnica anterior se necesitaba un diámetro de 8 mm para alcanzar la carga de rotura requerida, ahora se puede alcanzar la misma carga de rotura con un miembro de tensión de sólo 5 mm o más delgado.

Por lo tanto, los filamentos finos de alta resistencia permiten el uso de poleas desviadoras y roldanas de transmisión más pequeñas en el elevador. Además, la 'regla de oro' de que el diámetro de una roldana o polea tenía que ser mayor que 40 veces el diámetro de la cuerda de acero ha sido abandonada y actualmente se encuentran en funcionamiento instalaciones seguras y certificadas en las que el diámetro de la roldana de transmisión es 30 veces el grosor del miembro de tensión, mientras que se contempla incluso 25 veces el diámetro de la cuerda.

El uso de poleas de transmisión más pequeñas permite el uso de motores compactos de bajo torque sin caja de engranajes que se pueden montar en la parte superior del eje de un elevador. De este modo se puede eliminar una sala de máquinas en la parte superior del hueco del elevador.

El uso de filamentos delgados de alta resistencia también trae algunos problemas:

• A medida que disminuya el diámetro total del cable de acero y el diámetro de la roldana de transmisión, la presión entre el cable de acero y la roldana aumentará inversamente proporcional al producto del diámetro de la roldana y el cable de acero (manteniendo idénticas las condiciones de carga);

• Los filamentos finos de alta tensión son más sensibles a las tensiones transversales en el filamento que los alambres gruesos de baja tensión. Además, en los puntos de contacto entre los filamentos de la cuerda, las tensiones de contacto aumentan en comparación con los alambres gruesos de la técnica anterior debido al bajo diámetro del filamento;

• Las cuerdas del elevador de la técnica anterior tienen un contacto directo de acero con acero entre la roldana y los alambres de acero. Como los filamentos finos de acero de alta resistencia también tienen una mayor dureza, el desgaste entre la roldana y la cuerda de acero cambia por completo;

• El comportamiento de la fricción entre las cuerdas finas de acero y de alta resistencia y las roldanas es diferente (inferior) porque la dureza de la roldana y los alambres de acero es diferente y el área de la superficie de contacto entre la cuerda y la roldana es mucho menor en comparación con las cuerdas de acero de la técnica anterior con cuerdas gruesas de baja tensión;

Los problemas anteriores pueden resolverse en gran medida encerrando el cable o cables de acero en un recubrimiento de polímero. La presencia de un recubrimiento de polímero da como resultado un comportamiento de fricción diferente entre el miembro de tensión del elevador y la roldana. Además, el recubrimiento de polímero amortigua y distribuye la presión sobre los cables de acero en la roldana de transmisión. Además, siempre que el polímero entre suficientemente en los cables de acero, se pueden aliviar las tensiones transversales entre filamentos. Dado que se induce un esfuerzo cortante en el polímero comprimido entre los cables de acero o el cable y la roldana de transmisión durante la aceleración y desaceleración del elevador, es fundamental una buena adhesión entre el polímero y los cables de acero. Por lo tanto, el recubrimiento de polímero se convierte en parte del miembro de tensión que influye en muchos parámetros de uso del miembro de tensión.

De ello se deduce que las propiedades del material del polímero determinan muchas de las propiedades del miembro de tensión. Mientras que en las cuerdas de la técnica anterior se han probado materiales poliméricos como poliamida, polietileno, tereftalato de polietileno y muchos otros, parece que los elastómeros de poliuretano termoplásticos son los más adecuados para esta aplicación, particularmente por su resistencia al desgaste, la humedad y el calor.

El documento EP 2508459 B1 ilustra el punto de que el polímero de el recubrimiento tiene una influencia importante sobre el comportamiento de fricción del miembro de tensión. El polímero preferido se caracteriza porque comprende un primer y un segundo compuesto de resina en una relación de masa entre 90:10 y 70:30 en la que la diferencia en la temperatura de transición vítrea entre la primera y la segunda resina es de 20°C o más. La divulgación menciona que la dureza del polímero no debe ser demasiado alta, ya que de lo contrario el miembro de tensión, en este caso una cuerda, ya no se puede doblar repetidamente (párrafo [0066]). Los valores Shore A de 95 a 100 son demasiado altos según esta divulgación.

En el documento US 8402731 B2, el polímero debe tener una dureza Shore A de menos de 98, preferiblemente entre 85 y 98. En esta divulgación, el polímero es una mezcla de un elastómero de poliuretano y un compuesto de isocianato que tiene dos o más grupos isocianato por molécula. Los inventores revelaron que cuando la dureza de el recubrimiento de polímero se vuelve demasiado alta, más grande que Shore A 98, la flexibilidad de la cuerda se ve afectada, lo que resulta en un aumento en el consumo de energía del elevador.

Los tamaños de los cables de acero considerados en todas estas aplicaciones son superiores a 8 mm.

Los inventores encontraron que el polímero del recubrimiento del miembro de tensión del elevador también tiene una influencia profunda, hasta ahora insospechada, sobre el ciclo de fatiga de los miembros de tensión del elevador, como se divulga en las secciones siguientes.

Divulgación de la invención

Es un objeto de la invención proporcionar un miembro de tensión del elevador que tenga propiedades de fatiga notables. Estas propiedades de fatiga mejoradas se derivan únicamente de las propiedades de polímero del recubrimiento de polímero. Más en particular, las propiedades de fatiga mejoradas se correlacionan con propiedades térmicas específicas del elastómero de poliuretano termoplástico utilizado. El trabajo de los inventores permite seleccionar aquellos elastómeros de poliuretano termoplásticos que influyen favorablemente en las propiedades de fatiga únicamente en base a las propiedades térmicas del poliuretano ofreciendo así un procedimiento sencillo para seleccionar dichos compuestos. Este procedimiento de selección se puede utilizar para diseñar y producir un miembro de tensión del elevador.

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un miembro de tensión del elevador que comprende todas las características de la reivindicación 1.

El miembro de tensión del elevador comprende uno o más cables de acero y un recubrimiento que envuelve los cables de acero. El recubrimiento comprende un elastómero de poliuretano termoplástico. En aras de la brevedad en lo que sigue, siempre que se mencione la abreviatura TPE, debe reemplazarse por "elastómero de poliuretano termoplástico". El TPE tiene una fase cristalina dura y una fase blanda. Una característica del TPE particular utilizado es que tiene una temperatura de transición vítrea de la fase cristalina dura superior a 90°C. En una versión restringida, el miembro de tensión del elevador consta de uno o más cables de acero y un recubrimiento que recubre los cables de acero. Opcionalmente, el recubrimiento puede consistir únicamente en elastómero de poliuretano termoplástico.

Estas características ahora se aclaran con más detalle:

Cuando sólo hay presente un cable de acero, el cable de acero se sitúa en el centro de la sección transversal del miembro de tensión del elevador. La sección transversal del miembro de tensión del elevador puede tener cualquier forma poligonal, tal como cuadrada o hexagonal, aunque se prefiere más una sección transversal redonda ya que esto permite que el miembro de tensión gire en las poleas de la instalación del elevador. Un miembro de tensión del elevador de este tipo se reconoce como "una cuerda de elevador".

Cuando hay más cables de acero, como dos, tres o más hasta doce o veinticuatro, estos cables de acero están dispuestos en una relación de lado a lado en un solo plano. Preferiblemente, el número de cables de acero es par y hay tantos cables de acero que tienen un paso de giro a la izquierda, llamado "paso S", como cables de acero con un paso de giro a la derecha, llamado paso "Z". Aún más preferido es si la dirección de colocación se altera entre los cables de acero vecinos. La disposición de los cables de acero da como resultado un miembro de tensión del elevador que tiene una sección transversal con un ancho y una altura, siendo el ancho sustancialmente mayor que la altura. Este miembro de tensión se conoce generalmente como "cinturón elevador".

Los cables de acero comprenden - y en ejemplos pueden consistir únicamente en - filamentos de acero fino de alta resistencia a la tracción. Estos filamentos de acero fino de alta resistencia se derivan de alambrón de acero con alto contenido de carbono con una composición que tiene un contenido mínimo de carbono del 0.65%, un contenido de manganeso que varía del 0.40% al 0.70%, un contenido de silicio comprendido entre el 0.15% y el 0.30%, un contenido máximo de azufre del 0.03%, un contenido máximo de fósforo del 0.30%, siendo todos los porcentajes en peso. Solo hay trazas de cobre, níquel y/o cromo en el acero. Cuando se utilizan contenidos de carbono más altos de aproximadamente 0.80% en peso, por ejemplo, 0.78 - 0.82% en peso, se pueden obtener resistencias a la tracción incluso más altas.

Los filamentos de acero se ensamblan en cables de acero de las formas conocidas en sí. Se prefieren particularmente los cables de hebras múltiples en los que los filamentos de acero se ensamblan primero en hebras. Posteriormente, los hilos se retuercen en un cordón de acero. Ejemplos de tales conjuntos son cordones de 7x7 que comprenden una hebra central alrededor de la cual se enrollan seis hebras exteriores. La hebra del núcleo está formada por un alambre rey rodeado por seis filamentos, cada uno de los hilos exteriores también está formado por un alambre central alrededor del cual se enrollan seis filamentos. Otro ejemplo es 19+8x7, en el que la hebra del núcleo está formada por un alambre rey rodeado por seis filamentos de capa intermedia enrollados en una primera longitud de colocación alrededor de la cual se retuercen doce filamentos de capa exterior en una segunda capa con una segunda longitud de disposición. La hebra del núcleo está rodeada por 8 hebras del tipo "1+6", es decir, un alambre central alrededor del cual se enrollan seis filamentos externos. Estos dos tipos son particularmente aplicables para miembros de tensión de tipo correa.

Para los miembros de tensión del tipo de cuerda de elevador, el hilo central se reemplaza por una cuerda central, por ejemplo, una cuerda central de 7x7. Alrededor de la cuerda central se enrollan de seis a doce hebras exteriores. Las hebras exteriores contienen preferiblemente al menos 19 filamentos con el fin de tener suficiente resistencia a un diámetro bajo y para asegurar que toda la cuerda permanece flexible. Un ensamblaje particularmente ventajoso de 16, 19 o 22 alambres son los hilos de Warrington que son del tipo 'dü+5xdi|5xd2/5xd3' o 'd0+6xdi|6xd2/6xda' o 'dü+7xdi|7xd2/7xd3'. En una hebra tipo Warrington, todos los filamentos se enrollan en la hebra con la misma longitud de colocación. Por ejemplo, en la hebra 'dü+6xd1|6xd2/6xd3', el filamento central de diámetro dü está rodeado por una primera capa de seis filamentos de diámetro d^ En los huecos de salida de la primera capa, se colocan seis filamentos exteriores de diámetro "d2" mayor que "dV'. Entre estos filamentos externos, los filamentos de menor tamaño de diámetro "d3" encajan de manera que el círculo exterior circunscrito toca todos los 12 filamentos externos. Las hebras de Warrington son particularmente preferidas porque contienen un gran número de filamentos finos que están en contacto en línea entre sí. Se prefieren los contactos de línea ya que dan como resultado una presión transversal menor en los alambres finos de alta resistencia. También se pueden imaginar otras construcciones de cordones como las construcciones Seale. Las construcciones Seale son del tipo 'd0+Nxd1|Nxd2 en el que N es cinco, seis, siete, ocho o nueve. Como un Warrington, todos los filamentos se retuercen juntos con una sola capa. En una construcción Seale, los filamentos con diámetro "d2" de la segunda capa son más gruesos que los filamentos de la capa intermedia d1 en la medida en que cierran completamente la capa exterior.

Los uno o más cables de acero están envueltos en un recubrimiento, es decir, el recubrimiento contiene completamente, cubre o rodea todos los cables de acero del miembro de tensión. El propósito de el recubrimiento es:

• Transferir fuerzas de aceleración y desaceleración entre los cables de acero y la roldana de transmisión;

• Distribuir la presión sobre todos los cables de acero dentro del miembro de tensión o sobre todos los hilos dentro de los cables de acero de manera uniforme;

• Proporcionar suficiente fricción entre la polea motriz y el miembro de tensión para accionar el elevador;

• El recubrimiento también sirve para mantener los cables de acero en disposición paralela entre sí en el caso de una correa elevadora. En el caso de una cuerda de elevador, el recubrimiento también mantiene los hilos exteriores en posición siempre que el recubrimiento también esté presente entre los hilos.

Los TPE son productos de reacción de tres componentes básicos:

• Dioles de poliéster o poliéter terminados en hidroxilo de alto peso molecular (600 a 4000 Da) o mezclas de estos. Ejemplos de poliéteres son poli (oxipropilen) dioles y poli (oxitetrametilen) dioles. Ejemplos de poliésteres son adipatos, policaprolactonas y policarbonatos alifáticos.

• un extensor de cadena: este es un diol de bajo peso molecular (61 a 400 Da) tal como etilenglicol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol o hidroquinona bis (2-hidroxietil) y;

• un poliisocianato voluminoso principalmente un diisocianato. El más popular es el difenilmetano-4,4-diisocianato (MDI). Otros son diisocianato de hexametileno (HDI) o diisocianato de 3,3'-dimetil-4,4'-bifenilo (TODI).

Los ejemplos de productos químicos no se limitan a la invención.

Cuando los TPE solidificados muestran diferentes fases de material entremezcladas:

• Están los segmentos duros ("HS") que se forman por la reacción del diisocianato con el prolongador de cadena. Estos segmentos duros forman una fase cristalina;

• Los segmentos duros se mantienen unidos entre sí a través de los segmentos blandos ("SS") formados por las cadenas de poliéter o poliéster de alto peso molecular que se conectan a uno de los extremos de cianato del diisocianato. Los segmentos blandos forman la "fase blanda".

Las propiedades de los TPE se pueden ajustar mediante una elección adecuada de los tres componentes. La proporción de segmentos duros (formados por el diisocianato y el diol de cadena corta) es el factor que determina la mayoría de las propiedades del material resultante, como dureza, módulo, resistencia al desgarro y temperatura superior de uso. Si aumenta el contenido del segmento duro, también aumentará la dureza, junto con el módulo, la capacidad de carga (tensión de compresión) y la resistencia al desgarro. La proporción de segmentos blandos determina las propiedades elásticas y de baja temperatura.

La cantidad de grados diferentes de TPE que se ofrecen en el mercado hace que la elección del grado adecuado para usar en un miembro de tensión del elevador sea una tarea ardua. En particular porque en un miembro de tensión del elevador tienen que conciliarse diferentes propiedades tales como fricción de el recubrimiento con la roldana de transmisión, resistencia al desgaste, fatiga, resistencia a la temperatura, etc.

Para su sorpresa, los inventores encontraron que el recubrimiento tiene una gran influencia en el ciclo de fatiga del miembro de tensión del elevador en su conjunto. Aunque normalmente se espera que el ciclo de fatiga del miembro de tensión del elevador esté determinado por su componente más fuerte, a saber, uno o más cables de acero, ciertos tipos de TPE resultaron tener un fuerte efecto no lineal sobre ese ciclo de fatiga.

Después de un análisis cuidadoso de los muchos grados de TPE probados, los inventores encontraron que aquellos TPE con una temperatura de transición vítrea de la fase cristalina dura superior a 90°C daban como resultado un ciclo de fatiga mejor que la estándar del miembro de tensión del elevador. Aún mejor es si la temperatura de transición vítrea de la fase cristalina dura es superior a 100°C. Para evitar dudas: "°C" se refiere a "grados Celsius". Para el propósito de esta aplicación, una temperatura de transición vítrea 'Tg' es la temperatura obtenida por calorimetría diferencial de barrido (DSC) en la que al calentar un valle o paso endotérmico se observa que es representativo de la disociación de los segmentos blandos y la fase dura a la temperatura Tg. La velocidad de enfriamiento-calentamiento se establece en 20°C/min.

Los TPE generalmente exhiben dos transiciones vítreas al calentarse: una a baja temperatura en la que los segmentos blandos se funden entre los segmentos duros en Tg ss y otra a una temperatura más alta Tg hs en la que también los segmentos duros comienzan a perder su coherencia. Para los TPE de interés, la Tg ^ssde los segmentos blandos siempre está por debajo de 0°C. Se ha encontrado que la Tg ss es menos relevante para la selección de los polímeros de interés.

Los TPE también exhiben una temperatura de cristalización. Cuando se calientan suficientemente los TPE, también la fase dura como los segmentos blandos se convertirán en un líquido. Al enfriarse, primero solidificarán a partir de la masa fundida en un sólido amorfo que experimentará además transiciones vítreas en Tg hs y a una temperatura incluso más baja cristalizará completamente por debajo de Tg ss. El pico exotérmico de cristalización es bien reconocible a la temperatura de cristalización Tc. El pico de cristalización siempre se determina durante el enfriamiento de la masa fundida, por ejemplo, a una velocidad de 20°C/min.

En una selección adicional preferida de TPE, la temperatura de cristalización Tc es al menos 20°C mayor, o incluso 25°C o 30°C mayor que la temperatura de transición vítrea de la fase cristalina dura Tg hs. Asimismo, se prefiere que la temperatura de cristalización sea inferior a 80°C por encima de la temperatura de transición vítrea de la fase cristalina dura. Cuando la temperatura de cristalización se vuelve demasiado alta, el TPE se vuelve extremadamente difícil de procesar.

Se puede realizar una selección independiente de TPE con el criterio de que la suma de la temperatura de cristalización Tc y de la temperatura de transición vítrea de dicho segmento cristalino duro Tg hs sea superior a 200°C o incluso superior a 210°C o superior a 240°C. La Tg hs más alta aumenta la temperatura máxima de trabajo mientras que la Tc más alta da como resultado mejores propiedades operativas en el miembro de tensión del elevador.

Estos TPE son en general significativamente más duros que los TPE que actualmente se consideran utilizables en un miembro de tensión del elevador. Los inventores encontraron que el tipo de TPE especificado anteriormente funciona bien cuando se combina con cables de acero que tienen un diámetro inferior a 8 mm (punto final no excluido). Por el trabajo de los inventores, parece que todavía funcionan bien con cordones de más de 1 mm de grosor. Preferiblemente, el intervalo de diámetros para los cables de acero está entre 1 y 5 mm, o entre 2 y 5 mm, incluidos los puntos finales.

Al seleccionar TPE de acuerdo con los criterios anteriores, resulta que tienen una dureza que está fuera de escala o al menos en el lado muy alto de las mediciones de dureza Shore A. Su dureza se evalúa mejor en una escala de dureza Shore D. En esa escala de dureza Shore D de los TPE está entre 40 a 90, preferiblemente 45 a 70 o incluso mejor entre 50 a 60. Estos son valores de dureza que en la técnica anterior se habrían considerado no utilizables.

La contribución de el recubrimiento a la rigidez a la flexión del miembro de tensión se vuelve más alta de lo normal. La rigidez a la flexión '(EI)tm' del miembro de tracción (expresada en Nmm2) es el factor de proporcionalidad que une la curvatura 'k', expresado en 1/mm, tomado por el miembro de tracción bajo la acción de un momento flector 'Mb', expresado en Nmm. En el caso de una correa elevadora, la rigidez a la flexión, para el propósito de esta aplicación, solo se considera en la dirección de flexión perpendicular a la dimensión de largo x ancho de la correa elevadora. La rigidez a la flexión se determina en una prueba de flexión de tres puntos. En una prueba de este tipo, una pieza de miembro de tensión se soporta sin fricción en los dos extremos. Mientras la probeta se desvía en el medio por medio de un impulsor, se mide la fuerza ejercida sobre este impulsor. A partir del diagrama de fuerza de deflexión, la rigidez a la flexión "(EI)tm" se puede determinar mediante la fórmula de la teoría de flexión convencional. El resultado incluye, por tanto, la rigidez atribuible al cable de acero o cables de acero y el recubrimiento.

Asimismo, se puede medir la rigidez a la flexión en el cable de acero desnudo únicamente: "(EI)sc". Con "cable de acero desnudo" se entiende el cable de acero antes de incrustarse en el recubrimiento. En caso de que haya más de un cable de acero, la rigidez a la flexión de los cables de acero individuales simplemente se suma. De esta manera, se puede determinar una fracción de la rigidez total atribuible a los cables de acero. Esto equivale a 100x((EI)sc/(EI)tm) cuando se expresa en porcentaje. Los inventores han encontrado que los miembros de tracción que se comportan mejor en las pruebas de fatiga son aquellos en los que la contribución de los cables de acero es inferior al 20%, preferiblemente entre el 10 y el 20% (valores límite incluidos). Esto significa que la mayor parte de la rigidez a la flexión (más del 80%) del miembro de tensión se puede atribuir a el recubrimiento de polímero.

Dicho de forma alternativa: la rigidez a la flexión del miembro de tensión del elevador es al menos cinco veces la rigidez a la flexión total de uno o más cables de acero desnudos. Esto es mucho más de lo habitual en el campo.

La contribución a la rigidez de el recubrimiento, por supuesto, también depende de la geometría de la sección transversal de los miembros de tensión: como el recubrimiento está situada más lejos del plano neutral de flexión, su contribución será mayor que la de los cables de acero que están más cerca del plano neutral. Además, cuando el recubrimiento de polímero se vuelve más gruesa, aumentará la contribución a la rigidez a la flexión de el recubrimiento. Los inventores han descubierto que la contribución requerida de el recubrimiento a la rigidez total a la flexión se puede obtener cuando el espesor de el recubrimiento es al menos el 8% del diámetro mayor de uno o más cables de acero. Por "espesor de el recubrimiento" se entiende el mínimo de distancias entre cualquiera de dichos uno o más cables de acero y la superficie exterior de dicho miembro de tensión.

Por otro lado, el espesor del polímero no debe ser superior al 80% del diámetro más grande de uno o más cables de acero, ya que entonces la superficie exterior de el recubrimiento de polímero se estira demasiado cuando se dobla. Esto puede conducir a un agrietamiento prematuro del polímero. Es más preferido si el espesor del polímero está entre el 10% y el 60% del diámetro mayor de uno o más cables de acero.

Otro factor que influye en gran medida en la contribución de el recubrimiento a la rigidez total del miembro de tensión es hasta qué punto el TPE ha entrado en uno o más cables de acero durante la fabricación. En una sección transversal perpendicular al miembro de tensión, se puede discriminar fácilmente dónde está presente el TPE en el miembro de tensión. Al considerar un cable de acero, puede estar circunscrito por un círculo de radio mínimo. Dentro del círculo circunscrito, parte del área estará ocupada por acero y la parte restante estará libre de acero. El "área disponible" dentro del círculo circunscrito del cable de acero es el área que está libre de acero. El TPE debe ocupar al menos el 80% de esa superficie disponible. Por supuesto, el "área disponible" en la sección transversal se puede traducir a un "espacio o volumen disponible" dentro del cilindro circunscrito, ya que el área de la sección transversal no cambia a lo largo del cable de acero. Si el TPE ocupa menos del área disponible, el miembro de tensión no tendrá los beneficios de un compuesto: el recubrimiento puede actuar independientemente del cable de acero e incluso puede aflojar el agarre del cable de acero. La penetración del TPE en el cable de acero asegura un anclaje mecánico suficiente entre el acero y el recubrimiento durante el uso. Esto es importante ya que toda la fuerza se transmite desde el cable de acero para impulsar la polea a través de el recubrimiento.

En el caso del miembro de tensión que comprende un solo cable de acero, es decir, una cuerda de elevador, el rango de espesor de el recubrimiento de polímero está preferiblemente entre el 8% y el 20% del diámetro del cable de acero. En este caso, el miembro de tensión tiene una sección transversal sustancialmente circular. Con "sustancialmente circular" se entiende que la desviación entre el diámetro mínimo y máximo de la pinza es inferior al 10% de la media del diámetro mínimo y máximo de la pinza o, preferiblemente, inferior al 5% de esa media. El diámetro de la pinza es el diámetro medido por medio de una pinza que tiene mordazas paralelas en el que, en medio, el diámetro de la cuerda del elevador se mide al tacto.

En el caso del miembro de tracción que comprende un cable de acero, la rigidez a la flexión de los cables de acero desnudos es de entre 8 y 17 kNmmi.2 La rigidez a la flexión del miembro de tensión es entonces, respectivamente, de al menos 40 kNmm2 a al menos 85 kNmm2.

En el caso del miembro de tensión que comprende uno o más cables de acero, la cooperación de uno o más cables de acero con el recubrimiento de TPE puede mejorarse aún más mediante la aplicación de una imprimación de adherencia. Las imprimaciones de adhesión adecuadas para mejorar la unión química entre el cable de acero y el TPE son, por ejemplo, silanos organofuncionales, titanatos organofuncionales y zirconatos organofuncionales que se conocen en la técnica para dicho propósito. La ventaja de utilizar estos imprimadores, en contraste con otros imprimadores de adhesión conocidos, es que forman una película a nanoescala (menos de 5 nanómetros de espesor) en uno o más cables de acero. Por tanto, no ponen en peligro la entrada de TPE en el cable de acero. Preferiblemente, pero no exclusivamente, los cebadores de silano organofuncionales se seleccionan de los compuestos de la siguiente fórmula:

Y-(CH2)n-SiXa

en el que:

Y representa un grupo funcional orgánico seleccionado de -NH2, CH2 = CH-, CH2=C(CH3)COO-, 2,3-epoxipropoxi, HS- y, Cl-X representa un grupo funcional de silicio seleccionado de -OR, -OC(=O)R', -Cl en el que R y R' se seleccionan independientemente de alquilo C1 a C4, preferiblemente -CH3 y -C2H5; y

n es un número entero entre 0 y 10, preferiblemente de 0 a 10 y lo más preferiblemente de 0 a 3. Los silanos organofuncionales descritos anteriormente son productos disponibles comercialmente.

La imprimación de adherencia debe permitir un esfuerzo cortante superior a 4 N/mm2 El esfuerzo cortante se mide en una longitud de 10 mm.

En el caso de un solo cable de acero, el recubrimiento se corta a una distancia de 10 mm del extremo del miembro de tensión. La fuerza máxima necesaria para quitar el recubrimiento se determina y se divide por el área de la superficie interior de el recubrimiento, es decir, nDxL, en el que D es el diámetro del cable de acero en mm y L es 10 mm. Se toma un promedio de tres valores;

En el caso de que haya más de un cable de acero presente en el miembro de tensión como en una correa de elevador, un cable de acero distinto de los cables de acero exteriores se separa de los cables de acero dispuestos en paralelo. Los cordones a un lado del cordón singular se cortan en una línea perpendicular al cordón singular y el cordón singular se corta 10 mm por debajo de la línea. La fuerza máxima necesaria para tirar de la cuerda individual se determina y se divide por el área de la superficie interior de el recubrimiento.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se presenta un procedimiento para seleccionar un elastómero de poliuretano termoplástico para usar como un recubrimiento que encierra uno o más cables de acero en un miembro de tensión del elevador. El procedimiento comprende los pasos de obtener varios TPE diferentes de diferentes proveedores. Luego, para realizar un análisis de barrido diferencial en la serie de TPE, determinando así: i. Determinar la temperatura de transición vítrea más alta durante el calentamiento de dicho TPE que corresponde a la temperatura de transición vítrea Tg ^hsde los segmentos duros del TPE;

ii. Determinación de la temperatura de cristalización Tc del TPE durante el enfriamiento de la masa fundida;

Seleccionar el TPE para usar como un recubrimiento para revestir uno o más cables de acero en un miembro de tensión del elevador si y solo si:

i. La temperatura de transición vítrea Tg hs de los segmentos duros es superior a 90°C y;

ii. La suma de la temperatura de transición vítrea Tg ^hsy la temperatura de cristalización Tc es superior a 200°C. En una limitación adicional del procedimiento, solo se consideran aquellos TPE que, además de los requisitos anteriores, tienen una dureza superior a 40 Shore D o incluso superior a 45 Shore D de dureza.

El TPE así seleccionado se puede usar en el tercer aspecto de la invención, a saber, un procedimiento para producir un miembro de tensión del elevador que comprende los pasos de:

- Proporcionar uno o más cables de acero dispuestos en un solo plano;

- Seleccionar el TPE como se describe en el procedimiento anterior;

- Extruya el TPE termoplástico seleccionado alrededor de uno o más cables de acero;

Por lo que se obtiene un miembro de tensión del elevador según la invención.

Breve descripción de las figuras de los dibujos

La figura 1 muestra un miembro de tensión del elevador según la invención con un solo cable de acero: una cuerda de elevador.

La figura 2 muestra un miembro de tensión del elevador según la invención con ocho cables de acero: una correa de elevador.

Las figuras 3a y 3b muestran curvas de calorimetría diferencial de barrido (DSC) esquemáticas que indican las características térmicas de un TPE.

La figura 4 muestra un sistema de prueba para evaluar el ciclo de fatiga de un miembro de tensión del elevador. La figura 5 muestra la relación entre el número de ciclos de fatiga obtenidos en varios TPE en relación con la suma de Tg hs Tc.

Modo(s) para llevar a cabo la invención

La figura 1 muestra un miembro de tensión del elevador 100 que es en este caso una cuerda de elevador. La cuerda consiste en un cable 106 de acero que está rodeada por un recubrimiento 110 de polímero. El cable de acero es del tipo genérico 7x7+19W que en forma más detallada es: {[(0.34+6x0.31)+6x(0.25+6x0.25)x7x(0.34+6x0.31 |6x0.33/6x0.25)} Los números indican los diámetros de los filamentos en milímetros. Los corchetes indican una operación en la que los filamentos de acero se ensamblan en hebras y las hebras en cuerda. El núcleo del cable de acero 104 es del tipo 7x7, que tiene una hebra rey (0.34+6x0.31) rodeada de 6 hebras de marca (0.25+6x0.25). Alrededor del núcleo de 7x7 se retuercen 7 hebras del tipo Warrington, en el que todos los filamentos se retuercen en una sola operación. La dirección de colocación entre las diferentes capas es alterna y tienen una magnitud entre 5 y 12 veces el diámetro del hilo o cordón. El cable de acero se puede circunscribir con un círculo 102 y tiene un calibre de diámetro "D", que en este caso es de 5.0 mm.

El miembro de tensión tiene un recubrimiento 110 que se extruye alrededor del cable 106 de acero. El recubrimiento tiene una sección transversal circular sustancial con un diámetro total "Dtot" de 6.5 mm. El espesor - indicado con 't' -es por lo tanto de aproximadamente 0.75 mm que corresponde a las distancias mínimas entre el cable 106 de acero y la superficie exterior del miembro de tensión. El polímero llena en gran medida, en este caso el 85%, el área disponible dentro del círculo 102 circunscrito.

La figura 2 muestra un miembro 200 de tensión del elevador alternativo en el que 8 cables 202 de acero están dispuestos en una relación de lado a lado en un solo plano. Los cables de acero vecinos tienen direcciones de colocación opuestas. Los cables tienen una configuración de 7x7 con fórmula

Los cables están revestidos, incrustados, envueltos en un recubrimiento 210 de polímero que consiste en un TPE. Los inventores evaluaron un gran número de TPE disponibles comercialmente que se pueden obtener de proveedores conocidos como Bayer, BASF, Teknor-Apex, Lubrizol, etc. El mismo cable de acero que se muestra en la figura 1 se extruyó con todos estos TPE.

Las propiedades térmicas de los TPE se determinaron en una medición de DCS. Las figuras 3a y 3b describen tal traza de TPE 5 (ver más adelante): 3a durante el segundo calentamiento, 3b durante el primer enfriamiento. En abscisas se representa la temperatura (en °C) mientras que en ordenadas se representa el flujo de calor (en mW/g). Las temperaturas de transición vítrea relevantes de los segmentos blandos (Tg ss), los segmentos duros (Tg hs) y las temperaturas de fusión (Tm) se determinan en el segundo calentamiento, después de borrar el historial térmico de la muestra y después de que se haya evaporado toda el agua. El técnico de laboratorio calificado sabe cómo determinar estas temperaturas de transición. Al enfriar (figura 3b) se observa un pico exotérmico cuando la muestra comienza a cristalizar a la temperatura de cristalización Tc. La medición de estas propiedades es sencilla y tarda menos de una hora.

Las muestras extruidas de cuerdas de elevador se ensayaron para determinar el ciclo de fatiga en un sistema de prueba como el que se muestra en la figura 4. En el sistema de prueba 400, el miembro 401 de tensión del elevador se tensa con dos pesos 416, 418 al 12% de la carga de rotura de la cuerda del elevador. El sistema 400 de prueba comprende una roldana 414 de tracción accionada por un motor eléctrico y una roldana 412 de desviación adicional. Ambas roldanas 412, 414 tienen ranuras redondas con un radio de ranura ligeramente mayor que el diámetro de los conjuntos 401 de soporte de carga probados. Durante la prueba de fatiga, el motor impulsa el conjunto 401 de soporte de carga hacia adelante y hacia atrás sobre la roldana 412 de tracción y la roldana 414 de desviación. El sistema de prueba es una buena representación de un elevador de la vida real. El diámetro "Droldana" tanto de la roldana 412 de tracción como de la roldana 414 de deflexión es 16.1 veces el diámetro total "Dtot" del miembro de tensión del elevador. En la prueba, la relación 'Droldana/Dtot' es mucho más baja que la relación 40 utilizada convencionalmente.

La relación D/Dtot se eligió intencionalmente baja para probar el miembro de tensión del elevador en condiciones extremas. La prueba continúa hasta que el recubrimiento del miembro de tensión del elevador se agrieta o se corta. Para un solo cable, esto puede requerir entre 50 000 y 2 000 000 de dobleces. Como un doblez dura aproximadamente un segundo, la duración de una prueba es de entre 1/2 y 24 días. Por lo tanto, existe un gran beneficio si se puede reducir la selección del TPE realizando una prueba DCS simple. En base a esta prueba, el número de TPE candidatos ya se puede reducir en gran medida antes de tener que recurrir a pruebas de fatiga elaboradas del miembro de tensión del elevador en su totalidad.

En la Tabla 1 se muestra una descripción general de las muestras analizadas: La columna (1) identifica el tipo de TPE, la segunda columna (2) es la temperatura de transición vítrea de los segmentos duros (Tg ^hs(°C)), la columna (3) es la temperatura de fusión del TPE, la columna (4) es la temperatura de cristalización Tc (°C), la columna (5) es la diferencia entre la temperatura de cristalización y la temperatura de transición vítrea de los segmentos duros (Tc -Tg hs (°C)), seguido de la suma de ambos ((Tc Tg hs (°C)), columna (6)). La columna (7) enumera los valores de dureza Shore D. La columna (8) enumera el número de dobleces (por 1000 dobleces o kdobleces) logrados con cada cable. La última columna (9) es la rigidez a la flexión medida en el miembro de tensión del elevador (en Nmm2).

TPE 1 a 7 y TPE 12 tienen una temperatura de transición vítrea de segmento duro superior a 90°C (indicada en negrita). De los TPE 1, 3, 4 y 7 tienen una temperatura de cristalización que es al menos 20°C por encima de la temperatura de transición vítrea de los segmentos duros (indicada en negrita y subrayada).

Desde otra perspectiva, los TPE 1, 2, 3, 4, 7 y 12 tienen la suma de la transición vítrea del segmento duro y la temperatura de cristalización por encima de 200 ° C (indicado en negrita y subrayado doble).

La Tabla 1 demuestra la afirmación de los inventores de que para obtener más de 490000 curvas en el sistema de prueba se necesita un TPE con una temperatura de transición vítrea del segmento duro que sea mayor de 90°. Puede obtenerse un ciclo de fatiga incluso más larga cuando la temperatura de cristalización es al menos 20°C más alta que la temperatura de transición vítrea del segmento duro. También aparece una tendencia a que el ciclo de fatiga aumenta con la suma de la temperatura de transición vítrea del segmento duro y la temperatura de cristalización. Esto se representa gráficamente en la figura 5. Allí, el número de ciclos de flexión (kdobleces) obtenidos se representa como una función de la suma de la temperatura de transición vítrea del segmento duro (Tg hs) y la temperatura de cristalización (Tc). La línea discontinua vertical indica el límite de 200°C, mientras que la línea discontinua horizontal indica la línea límite de 490000 dobleces.

A continuación, se determinó la rigidez a la flexión del miembro de tensión del elevador. Con este fin, una muestra del miembro de tensión del elevador se soporta horizontalmente entre dos puntos de apoyo sin fricción 50 veces el diámetro del cable de acero (5.00 mm para este cable de acero) separados. El alambre se desvía en el medio con un indentador de rollo. Se registran la fuerza ejercida y el desplazamiento del penetrador. De acuerdo con la teoría de flexión clásica, la rigidez a la flexión se puede derivar de:

L3‘&F

(EI)sc = 4 8 - A X

En el que L es la distancia entre los puntos de apoyo del soporte, AF, AX indica el cambio en la fuerza y el cambio en el desplazamiento en la región lineal superior de la curva.

Para el cable de acero desnudo, es decir, el cable de acero utilizado antes de la extrusión, la rigidez a la flexión medida fue de 14 000 Nmm2. Las cuerdas del elevador que obtienen los mejores resultados de fatiga tienen una rigidez a la flexión que es al menos 5 veces la rigidez a la flexión del cable desnudo.

Es notable que los resultados de la fatiga aumentan tan drásticamente en función de los TPE utilizados, mientras que el cable de acero sigue siendo exactamente el mismo. La selección de TPE es según la invención mucho más fácil y solo se basa en una simple medición de DCS.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un miembro (100, 200) de tensión de elevador que comprende uno o más cables (106) de acero y un recubrimiento (110, 210) que encierra dichos cables (106) de acero, en el que dicho recubrimiento (110, 210) comprende un elastómero de poliuretano termoplástico, teniendo dicho elastómero de poliuretano termoplástico una fase cristalina dura y una fase blanda, caracterizada porque la temperatura de transición vítrea de dicha fase cristalina dura (TgHs) es superior a 90°C.

2. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según la reivindicación 1, en el que dicho elastómero de poliuretano termoplástico tiene además una temperatura de cristalización (Tc) que es al menos 20°C más alta que la temperatura de transición vítrea de dicha fase cristalina dura (TgHs), midiéndose dicha temperatura de cristalización (Tc) durante el enfriamiento de la masa fundida.

3. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según la reivindicación 2, en el que dicha temperatura de cristalización (Tc) es menos de 80° más alta que la temperatura de transición vítrea de dicha fase cristalina dura (TgHS).

4. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según la reivindicación 1, en el que dicho elastómero de poliuretano termoplástico tiene además una temperatura de cristalización (Tc) siendo medida dicha temperatura de cristalización (Tc) durante el enfriamiento de la masa fundida y en la que la suma de dicha temperatura de transición vítrea de dicha fase cristalina dura (TgHs) y dicha temperatura de cristalización (Tc) es superior a 200°C.

5. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el diámetro de cada uno de dichos cables (106) de acero es menor o igual a 8 mm y mayor o igual a 1 mm.

6. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la dureza Shore D de dicho elastómero de poliuretano termoplástico está entre 40 y 90.

7. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según la reivindicación 6, en el que la dureza Shore D de dicho elastómero de poliuretano termoplástico está entre 45 y 60.

8. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la rigidez a la flexión del miembro (100, 200) de tensión del elevador es al menos cinco veces la rigidez a la flexión total del uno o más cables (106) de acero desnudos.

9. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el espesor de dicho recubrimiento (110, 210) es al menos el 8% del diámetro máximo de dichos uno o más cables (106) de acero siendo dicho espesor el mínimo de distancias entre cualquiera de dichos uno o más cables (106) de acero y la superficie exterior de dicho miembro (100, 200) de tensión del elevador.

10. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dicho elastómero de poliuretano termoplástico ocupa al menos el 80% del área disponible dentro del círculo circunscrito de cualquiera de dichos uno o más cables (106) de acero en una sección transversal perpendicular.

11. El miembro (100, 200) de tensión del elevador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que un cable (106) de acero está encerrado en dicho recubrimiento (110, 210) dicho miembro (100, 200) de tensión del elevador que tiene una sección transversal sustancialmente circular y en el que el espesor de dicho recubrimiento (110, 210) es más delgado que el 20% del diámetro del miembro (100, 200) de tensión del elevador, siendo dicho espesor el mínimo de distancias entre dicho cable (106) de acero y la superficie exterior de dicho miembro (100, 200) de tensión del elevador.

12. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según la reivindicación 11, en el que la rigidez a la flexión del cable (106) de acero desnudo está entre 8 y 17 kNmm2

13. El miembro (100, 200) de tensión del elevador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dichos uno o más cables (106) de acero se tratan con una imprimación de adherencia para mejorar la adhesión entre dichos uno o más cables (106) de acero y dicho recubrimiento (110, 210) de manera que el esfuerzo cortante necesario para sacar un cable (106) de acero incrustado de 10 mm de longitud de dicho recubrimiento (110, 210) sea superior a 4 N/mm2

14. Procedimiento para seleccionar un elastómero de poliuretano termoplástico para usar como un recubrimiento (110, 210) que encierra uno o más cables (106) de acero en un miembro (100, 200) de tensión del elevador, comprendiendo dicho procedimiento los pasos de:

- obtención de un elastómero de poliuretano termoplástico

- en un análisis de barrido diferencial realizado sobre dicho elastómero de poliuretano termoplástico: i. determinar la temperatura de transición vítrea más alta (TgHS) durante el calentamiento de dicho poliuretano, correspondiendo dicha temperatura de transición vítrea a la temperatura de transición vítrea de los segmentos duros en dicho poliuretano;

ii. determinar la temperatura de cristalización (Tc) de dicho poliuretano durante el enfriamiento de la masa fundida; - seleccionar el elastómero termoplástico de poliuretano para su uso como recubrimiento (110, 210) para encerrar uno o más cables (106) de acero en un miembro (100, 200) de tensión del elevador si y solo si:

i. dicha temperatura de transición vítrea de los segmentos duros (TgHS) es superior a 90°C y;

ii. la suma de dicha temperatura de transición vítrea (TgHS) y dicha temperatura de cristalización (Tc) es superior a 200°C.

15. Procedimiento para producir un miembro (100, 200) de tensión del elevador que comprende los pasos de: - Proporcionar uno o más cables (106) de acero dispuestos en un solo plano;

- Seleccionar un elastómero de poliuretano termoplástico según el procedimiento de la reivindicación 14;

- Extruir el elastómero de poliuretano termoplástico seleccionado alrededor de dichos uno o más cables de acero (106); obteniendo así un miembro (100, 200) de tensión del elevador.