KR20100072017A

KR20100072017A - 변형된 핸드레일

Info

Publication number: KR20100072017A
Application number: KR1020107007743A
Authority: KR
Inventors: 비카 하이더; 앤드류 올리버 케니; 알렉산더 스튜어트 카운스
Original assignee: 이에이치씨 캐나다, 인크.
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-06-29
Also published as: JP5675357B2; JP2010538933A; WO2009033272A1; TW200925097A; ES2676357T3; US8820511B2; KR101517642B1; RU2010112829A; EP2200926B1; BRPI0816334B1; US20100258403A1; BRPI0816334A2; TWI462864B; CN101821190A; EP2200926A1; RU2520842C2; EP2200926A4

Abstract

에스컬레이터, 이동 보도 및 다른 운송 장치에서 사용되는 변형된 핸드레일이 제공된다. 핸드레일은 가혹한 굴곡 조건 하에서 케이블의 버클링을 감소시키는 인장 억제물로서의 케이블 어레이 구성을 포함할 수 있다. 또한, 핸드레일은 순부 부분에, 주기적인 하중 조건 하에서의 피로 파괴 수명을 증가시키고 굽힘 응력과 변형을 감소시키는 제1 및 제2 열가소성 층 구성을 포함할 수 있다. 또한, 핸드레일은 인장 억제를 위해, 부식 또는 접촉 진동의 발생을 감소시키고, 제1 층 내의 침투 및 접착을 가능하게 해주는 작은 내부 스트랜드 및 큰 외부 스트랜드를 포함할 수 있다.

Description

변형된 핸드레일{MODIFIED HANDRAIL}

본 명세서는 일반적으로 에스컬레이터, 이동 보도(moving walkway) 및 이와 유사한 운송 장치를 위한 핸드레일 분야에 관한 것이다.

웨더롤(Weatherall) 등에게 허여된 미국 특허 제6,237,740호는 일반적으로 C자형 단면을 가지며 일반적으로 T자형 내부 슬롯을 형성하는, 에스컬레이터, 이동 보도 및 다른 운송 장치를 위한 이동식 핸드레일 구조를 개시한다. 핸드레일은 압출에 의해 형성되며, T자형 슬롯 주위로 연장되는 열가소성 재료의 제1 층을 포함한다. 열가소성 재료의 제2 층은 제1 층의 외측 주위로 연장되며, 핸드레일의 외부 프로파일을 형성한다. 활주층(slider layer)은 T자형 슬롯에 안감으로 덧대어지고(line), 제1 층에 접합된다. 인장 억제물(Stretch Inhibitor)은 제1 층 내에서 연장된다. 제1 층은 제2 층보다 더 경질인 열가소성 물질로 형성되며, 순부(lip)에 개선된 특성을 부여하며, 선형 구동에서 개선된 구동 특성을 부여하는 것이 밝혀졌다.

서언

전체적으로 C자형 단면을 가지며 사실상 T자형인 내부 슬롯을 형성하는 핸드레일이며, T자형 슬롯의 주위로 연장하여, 핸드레일의 외부 프로파일을 형성하고 사실상 대향하는 단부 벽들을 갖는 반원형 순부 부분을 형성하는 열가소성 재료와, T자형 슬롯에 안감을 대고 열가소성 재료에 접합되는 활주층과, 열가소성 재료 내에서 중심 평면을 따라 배치된 복수의 종방향 케이블로 구성된 인장 억제용 케이블 어레이를 포함하며, 케이블 어레이의 외측 케이블은 순부 부분의 단부 벽에 대하여 내향으로 오프셋되는 핸드레일이다.

복수의 케이블 각각은 0.5mm 내지 2mm의 직경을 가질 수 있다. 케이블 어레이는 30mm 내지 35mm의 폭과 1.5mm 내지 2mm의 피치를 가질 수 있다.

활주층은 T자형 슬롯으로부터 외부로 그리고 순부 부분의 단부 벽의 주위에 연장되는 에지 부분을 포함할 수 있다.

다른 핸드레일이 제공된다. 사실상 C자형 단면을 가지며 사실상 T자형인 내부 슬롯을 형성하는 핸드레일이며, T자형 슬롯의 주위에 연장되어 반원형 순부 부분의 내부 벽을 형성하는 열가소성 재료의 제1 층과, 제1 층의 외측 주위로 연장하고 핸드레일의 외부 프로파일과 순부 부분의 사실상 대향하는 단부 벽들을 형성하는 열가소성 재료의 제2 층과, T자형 슬롯에 안감을 대고 제1 층에 접합되는 활주층과, 제1 층 내에서 평면을 따라 배치되는 인장 억제물을 포함하는 핸드레일이다.

제1 층은 순부 부분 주위에서 두께가 테이퍼링될 수 있으며, 실질적으로 T자형 슬롯의 바닥 평면 아래로 연장되지 않을 수 있다. 제1 층은 순부 부분의 내부 벽을 따라 종단된다. 핸드레일은 T자형 슬롯 위에 상위 부분을 포함할 수 있고, 상위 부분 내에서 제1 층이 제2 층보다 두꺼울 수 있다. 제1 층은 상위 부분에서 적어도 핸드레일 두께의 60%를 포함할 수 있다. 상위 부분은 대략 10mm의 두께를 가질 수 있고, 제1 층의 두께는 적어도 6mm이다.

제1 층은 제2 층 보다 더 경질인 열가소성 물질로 형성될 수 있다. 제1 층은 40 내지 50 쇼어 'D' 범위의 경도를 가질 수 있고, 제2 층은 70 내지 85 쇼어 'A' 범위의 경도를 가질 수 있으며, 활주층은 150 내지 250MPa의 모듈러스를 가질 수 있다.

활주층은 T자형 슬롯으로부터 외부로 그리고 순부 부분의 단부 벽의 주위로 연장되는 에지 부분을 포함할 수 있다.

다른 핸드레일이 제공된다. 사실상 C자형 단면을 가지며 사실상 T자형인 내부 슬롯을 형성하는 핸드레일이며, T자형 슬롯의 주위로 연장하여 반원형 순부 부분의 내부 벽을 형성하는 열가소성 재료의 제1 층과, 제1 층의 외측 주위에 연장하고 핸드레일의 외부 프로파일과 순부 부분의 사실상 대향하는 단부 벽들을 형성하는 열가소성 재료의 제2 층과, T자형 슬롯에 안감을 대고 제1 층에 접합되는 활주층과, 제1 층 내의 중심 평면을 따라 배열된 복수의 종방향 케이블로 구성된 인장 억제용 케이블 어레이를 포함하며, 케이블 어레이의 외측 케이블은 순부 부분의 단부 벽에 대하여 내향으로 오프셋되는 핸드레일이다.

또 다른 핸드레일이 제공된다. 사실상 C자형 단면을 가지며 사실상 T자형인 내부 슬롯을 형성하는 핸드레일이며, T자형 슬롯의 주위로 연장되는 열가소성 재료의 제1 층과, 제1 층의 외측 주위로 연장하고 핸드레일의 외부 프로파일을 형성하는 열가소성 재료의 제2 층과, T자형 슬롯에 안감을 대고 제1 층에 접합되는 활주층과, 제1 층 내의 중심 평면을 따라 배열된 복수의 종방향 케이블로 구성된 인장 억제용 케이블 어레이를 포함하며, 종방향 케이블 각각은 복수의 비교적 큰 외부 스트랜드와 복수의 비교적 작은 내부 스트랜드를 포함하는 핸드레일이다.

각각의 케이블은 약 1.15mm의 외부 직경을 가질 수 있다. 각각의 케이블은 6개의 외부 스트랜드와 3개의 내부 스트랜드로 구성될 수 있다. 외부 스트랜드는 대략 0.36mm의 직경을 가질 수 있다. 내부 스트랜드는 대략 0.2mm의 직경을 가질 수 있다. 케이블은 고장력 스틸로 형성될 수 있고, 황동 도금될 수 있다.

사실상 C자형 단면을 가지며 사실상 T자형인 내부 슬롯을 형성하는 핸드레일이며, T자형 슬롯의 주위로 연장하여 반원형 순부 부분의 내부 벽을 형성하는 열가소성 재료의 제1 층과, 제1 층의 외측 주위로 연장하여 핸드레일의 외부 프로파일과 순부 부분의 사실상 대향하는 단부 벽들을 형성하는 열가소성 재료의 제2 층과, T자형 슬롯에 안감을 대고 제1 층에 접합되는 활주층과, 제1 층 내의 중심 평면을 따라 배치된 복수의 종방향 케이블로 구성된 인장 억제용 케이블 어레이를 포함하며, 케이블 어레이의 외측 케이블은 순부 부분의 단부 벽에 대하여 내향으로 오프셋되고, 종방향 케이블 각각은 복수의 비교적 큰 외부 스트랜드와 복수의 비교적 작은 내부 스트랜드를 포함하는 핸드레일이다.

본 발명자의 교시(teaching)의 상기 및 기타 특징은 본 명세서에 개시된다.

이하에서, 예를 들기만 하거나 이하의 도면을 참조하여서 하나 이상의 실시예에 대한 상세한 설명을 제공한다.
도 1은 공지된 핸드레일의 단면도이다.
도 2는 변형된 핸드레일의 단면도이다.
도 3은 다른 변형된 핸드레일의 단면도이다.
도 4는 또 다른 변형된 핸드레일의 단면도이다.
도 5는 유한 요소 해석에 따라 시뮬레이션된 응력을 도시한 공지된 핸드레일의 단면도이다.
도 6은 역굽힘 조건에서 핸드레일 구성품의 전체 핸드레일 강성에의 기여도를 도시한 파이 차트이다.
도 7은 활주 직물(fabric)이 있는 핸드레일과 없는 핸드레일의 역굽힘에서의 강성을 도시한 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 45mm 및 33mm 케이블 어레이를 갖는 핸드레일의 단면도이며, 내부에서의 시뮬레이션된 응력을 도시한다.
도 9는 내부에서의 시뮬레이션된 응력을 도시한 변형된 핸드레일의 단면도이다.
도 10은 동적인 핸드레일의 테스트 결과를 도시한 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 케이블 구조의 단면을 도시한다.

청구된 발명 각각의 일 실시예를 제공하기 위해, 이하에서 다양한 장치 또는 방법이 설명된다. 이하에서 설명되는 실시예는 어떠한 청구된 발명도 제한하지 않으며, 임의의 청구된 발명은 이하에서 설명하지 않은 장치 또는 방법을 포함할 수도 있다. 청구된 발명은 이하에서 설명하는 임의의 한 장치 또는 방법의 특징 모두를 갖는 장치 또는 방법이나 이하에서 설명하는 다수 또는 모든 장치에 공통되는 특징으로 제한되지 않는다. 하나 이상의 발명이 이하 또는 본 문서의 다른 일부에서 설명되는 장치의 요소나 방법의 단계의 조합이나 부조합으로 존재할 수 있다. 이하에서 설명되는 장치 또는 방법은 임의의 청구된 발명의 실시예가 아닐 수 있다. 본 출원인(들), 발명자(들) 및/또는 소유자(들)는 본원에서 청구되지 않았으며 이하에서 설명한 장치 또는 발명에 개시된 임의의 발명의 모든 권리를 보유하고, 본원에서의 개시로 인하여 이러한 임의의 발명을 포기하거나 청구 포기하거나 공중에 헌납하지 않는다.

공지된 핸드레일 구조의 일례가 도 1에 도시된다. 핸드레일(10)은 이번 경우에는 종방향 스틸 케이블의 배열로 도시되었으나 대신에 스틸 테이프, 케블라™(KEVLAR™) 또는 다른 적합한 인장 요소를 포함할 수 있는 인장 억제물(12)를 포함할 수 있다. 도시한 바와 같이, 인장 억제물(12)은 제1 또는 내부층(14)에 매설되어 제공될 수 있으며, 적합한 접착제로 내부층에 접착될 수 있다. 내부층(14)은 비교적 경질의 열가소성 물질로 형성될 수 있으며, 외부층(16)은 비교적 연질의 열가소성 물질로 형성될 수 있다. 연속적인 열가소성 본체를 형성하기 위해, 층(14, 16)은 경계부에서 서로 직접 접합된다. T자형 슬롯이 활주 직물(18)에 의해 안감이 덧대어진다. 활주 직물은 적합한 조직(texture)을 갖는, 적절한 무명(cotton)이나 복합 물질일 수 있다.

출원인의 교시는 굴곡(flex) 조건 동안에 다른 재료와 층의 상호 작용 및 동역학을 고려한, 변형된 핸드레일 구성에 관한 것이다.

도 2를 참조하면, 변형된 핸드레일 구조의 일례가 전체적으로 참조 부호 20으로 표시된다. 핸드레일(20)은 이하에서 더욱 자세히 검토될 인장 억제물로서 케이블 어레이(22)를 포함한다. 핸드레일은 T-슬롯(24)의 둘레에 적어도 제1 또는 내부층(28)에 접합된 활주물(26)을 포함한다. 도시한 바와 같이, 활주물(26)은 제1 층의 하향 리브(rib) 둘레를 둘러싸는 단부 부분을 포함할 수 있다. 내부층(28)은 두 개의 반원형 순부 부분(34, lip portion)으로 이어지는, 대체로 두께가 균일한 상위 부분 또는 웨브(32)를 포함한다. 이에 대응하여, 외부층(30)도 두 개의 반원형 순부 부분(40)으로 이어지는, 대체로 두께가 균일한 상위 부분 또는 웨브(38)를 포함한다. 순부 부분(34)은 내부 벽(42)을 포함하며, 순부 부분(34)은 대체로 대향하는 단부 벽(36)에서 종단된다. 각각의 단부 벽은 내측 에지(44)와 외측 에지(46)를 포함한다.

두 개의 층(28, 30)은 다른 특성이나 경도를 가질 수 있다. 몇몇 예에서는, 외부층(30)이 내부층(28)보다 더 연질 등급의 열가소성 물질이다. 두 개의 층의 예시적인 특성이 표 1에서 주어진다.

	내부층(28)	외부층(30)
경도	40-50 쇼어(Shore) 'D'	70-85 쇼어 'A'
100% 인장 모듈러스(tensile modulus)	11MPa	5.5MPa
굴곡 모듈러스(Flexural modulus)	63MPa	28MPa
전단 모듈러스(Shear modulus)	6-8MN/m²	4-5MN/m²

내부층(28)은 더 경질일 수 있으며, 대체로 더 단단할 수 있어서, 순부의 치수, 즉, T자형 슬롯(24)의 바닥을 가로지르는 공간을 유지하는데 기여할 수 있다. 또한, 내부층(28)은 인장 억제물(22), 이번 경우에서는 케이블 어레이에 제공되는 스틸 케이블을 보호하는데 기여할 수 있으며, 내부층(28)의 열가소성 재료와 이러한 케이블 사이의 접합은 접착제 층에 의해서 제공될 수 있다. 각각의 케이블은 다수의 개개의 스틸 와이어 또는 스트랜드를 포함할 수 있고, 전체로서 0.5mm 내지 2mm 범위의 직경을 가질 수 있다.

핸드레일은 통상적으로 편평한 상부 표면을 갖지 않는 대신에, 일반적으로 작은 볼록 커브가 존재한다는 것이 이해되어야 한다. 많은 상업적으로 이용가능한 운송 장치, 특히 에스컬레이터는 특정한 방향으로 무단의(endless) 핸드레일을 추진하기 위해 역굽힘 구동(reverse bend drive)을 이용한다. 타이트한 역굽힘 구동 조건(예를 들어, 반지름 275mm 이하) 하에서, 케이블 어레이 내의 외부 케이블은 순부 부분, 만곡된(curved) 핸드레일의 상부 표면 또는 양자 모두로 인해, 역굽힘 시 중립축(neutral axis) 외측으로 강제될 수 있지만, 중앙의 케이블은 대체로 동일 평면에 남는다. 외부 케이블이 중립 굴곡 평면으로부터 밀리게 되면, 버클링(buckling)이 일어날 수 있다. 이러한 버클링은 역굽힘 반경 및 활주 모듈러스(slider modulus)에 따라, 약간의 굴곡만으로도 파손을 유발할 수 있다.

몇몇 예에서는, 인장 억제물(22)이 제1 층(28) 내의 중심 평면 내에 배치될 수 있고, 케이블 어레이의 단부 케이블은 순부 부분(34)의 단부 벽(36)에 대해 내향으로 오프셋 된다. 바꾸어 말하면, 핸드레일(20)은 비교적 협소한 케이블 어레이(22)를 갖는다. 이러한 특징은 도 1 내지 도 2를 비교하면, 독자에게 명백해질 것이다. 작동 시에, 단부 케이블(48)을 순부 응력(lip stress)의 영역으로부터 이격시킴으로써, 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 굴곡되는 동안 중립 평면을 유지하는 외부 케이블(48) 기능에 영향을 줄 수 있으므로, 외부 케이블이 버클링될 기회를 줄여준다.

도 3을 참조하면, 변형된 핸드레일 구조의 다른 예가 전체적으로 참조 부호 60으로 표시된다. 간략화를 위해, 동일한 구성품에는 도 2에서와 동일한 참조 번호가 주어지며, 구성 요소에 대한 설명은 반복되지 않는다.

장치(60)에서는, 내부층(28)이 T자형 슬롯(24) 주위로 연장되어 반원형 순부 부분(62)의 내부 벽을 형성한다. 내부층(28a)은 순부 부분(62)의 주위로 테이퍼링되고, 순부 부분(62)의 내부 벽(64)을 따라 종단된다. 이에 대응하여, 외부층(30)은 단부 벽(66)을 향하여 두께가 증가하는 반원형 단부 부분(68)을 갖는다. 이는 내부층(28a)이 테이퍼링된 것을 보상하여 준다. 도 3에 도시된 바와 같이, 내부층(28a)은 T자형 슬롯(24)의 바닥 평면(L) 아래로 연장되지 않는 것이 바람직하며, 바닥 평면(L)은 활주 직물(14) 부분의 아래에 존재하여 T자형 슬롯(24)의 상위 부분의 바닥을 형성한다.

예를 들어, 제2 층(30)보다 25% 더 단단할 수 있고 제2 층(30)의 재료보다 더 높은 모듈러스(modulus)를 가질 수 있는 내부층(28a)의 이러한 구성은, 역굽힘 구동 하중이 걸려 있을 때, 내부층(28a)을 변경되는 위치로부터 상대적으로 적게 변형되는 위치로 이동시킨다는 점이 이해되어야 한다. 이러한 변화는 전체의 굽힘 모듈러스(bending modulus)를 낮춰서, 순부 강도를 약간 낮추거나 변화시키지 않는다. 또한, 이러한 구성은 주기적인 부하 상태 하에서의 피로 파괴 수명을 증가시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 변형된 핸드레일 구조의 다른 예가 전체적으로 참조 부호 80으로 표시된다. 핸드레일(80)은 본래 핸드레일(20)과 핸드레일(60)의 하이브리드 조합이다. 바꾸어 말하면, 핸드레일(80)은 (i) 상대적으로 협소한 케이블 어레이 및 (ii) T자형 슬롯의 바닥 평면 아래로 연장되지 않는 테이퍼링된 내부층을 특징으로 한다.

다양한 핸드레일, 특히, 가혹한 굴곡 조건 하에서의 거동을 시험하기 위해 유한 요소 해석(FEA) 및 물리적 테스트가 수행된다. 테스트는 615mm만큼 이격되어 있는 두 개의 지지부에 의해 지지되는 (폭 80mm이고 20개의 케이블을 포함하는 45mm 폭의 케이블 어레이를 갖는)1m 핸드레일의 3포인트 역굽힘 변형이며, 50mm 직경의 둥근 편(50mm diameter round piece)이 원통형 지지부로부터 대략 등거리에 위치된 곳에서 핸드레일 100mm를 변형시키기 위해 이용된다.

FEA 모델은 위에서 언급된 파라미터에 따라서 3포인트 역굽힘을 시뮬레이션하는데 이용되었다. 도 5는 변형 하에서 폰 미제스(Von Mises) 응력을 보여주는 종래의 핸드레일의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 인장 및 굽힘 하중 하에서, 케이블 어레이에 최고의 굽힘 응력(어두운 음영으로 표시됨)이 발생하고, 그 다음으로는 활주물에 높은 굽힘 응력이 발생하고 열가소성 층에는 가장 낮은 굽힘 응력이 발생한다.

FEA 모델링으로 인해 활주층이 역굽힘 응력 시나리오에서의 핸드레일의 모듈러스에서 가장 큰 기여를 하는 단일의 인자일 수 있음이 발견되었다. 이러한 이유에서, 인장을 최소화하기 위해, 성형 전에 활주층을 미리 처리하는 것이 유익할 수 있다. 활주층을 미리 처리하기 위한 장치 및 방법의 일례가 2007년 9월 10일에 출원되었으며 "압출된 복합물 핸드레일을 위한 활주층을 미리 처리하기 위한 장치 및 방법"으로 명명된, 본 출원인의 미국 가출원 제60/971,156호에 개시되어 있으며, 대응 PCT 출원이 2008년 9월 10일자로 출원되었고, 이 둘의 전체 내용이 본 명세서에서 참조로 통합된다.

도 6은 핸드레일이 인장하지 않은 FEA 모델로부터 얻어진 결과도이다. 이는 전체 핸드레일의 강성에 대한 핸드레일의 다양한 구성 요소들의 기여도를 보여준다. 활주물이 있는 그리고 활주물이 없는 핸드레일에 대한 상기 파라미터에 따른 인스트론™(INSTRON™) 테스트는 활주물이 핸드레일 강성에의 주요한 기여자가 될 수 있음을 확인시켜 주었다(도 7). 이러한 테스트에서, 정규 핸드레일은 활주물이 있는 상태와 활주물이 없는 상태에서, 100mm 변형(완전한 사이클)이 가해진다. 그래프는 활주물이 없는 핸드레일이 역굽힘 시에 상당히 덜 단단함을 도시한다.

이러한 발견을 고려할 때, 더 낮은 모듈러스의 활주물을 이용하는 것이 바람직하다. 더 낮은 모듈러스의 활주물은 역굽힘에서의 핸드레일 강성을 감소시키며, 핸드레일에서의 전체 폰 미제스 응력을 개선시켜서, 제품의 파괴 수명을 개선한다. 활주층은 핸드레일이 굽혀진 동안 인장 하중을 받으므로, 모듈러스의 값은 낮은 전체 핸드레일의 굽힘 모듈러스를 가지면서 충분한 구조적 강도를 제공하도록 선택되어야 한다. FEA 연구는 150-250MPa 주위의 모듈러스를 갖는 활주층이 위에서 언급된 구성에 따른 핸드레일에 적합함을 보여주며, 대부분의 에스컬레이터 유닛이 굴곡된 동안, 활주층의 최대 변형은 6%까지임을 알 수 있다.

또한, FEA 모델은 인스트론™ 테스트 입증 방법의 도움으로, 대부분 역굽힘에서의 핸드레일 복합물의 거동을 이해하기 위해 개발되었다. 이러한 해석은 현재의 핸드레일 구성에서의 스틸 케이블이 역굽힘 강성에 19%를 차지할 수 있음을 보여주며, 이는 활주물의 신장량 및 역굽힘 반경과 같은, 특정한 변형 조건에 따라 증가할 수 있다. 더 큰 변형에서는, 순부는 단부 케이블을 변위시키기 시작하고 단부 케이블이 나머지 케이블의 평면을 벋어나도록 가압한다. 이는 더 높은 궁극의 굽힘 모듈러스를 야기시키며, 가혹한 굽힘 하에서는 최외곽 케이블이 버클링을 유발시킨다. 스틸 케이블은, 예를 들어, 67 로크웰 C-스케일(Rockwell C-Scale)까지의 경도를 갖는, 상대적으로 경질인 경향이 있어, 버클링이 비교적 쉽게 발생할 수 있다. 이러한 현상은 구동 롤러 또는 풀리로 지지되는 외부 표면 없이 핸드레일이 역굽힘되는 경우와 같은 특정한 조건 하에서 더욱 뚜렷하며, 이는 핸드레일이 에스컬레이터 상에서 느슨하게 작동하는 경우에 가능하다. 이러한 조건 하에서 핸드레일의 외부 표면이 지지되지 않으면, 순부 부분은 외부 케이블에 과도한 응력이 작용시킬 수 있고, 외부 케이블이 매우 급격히 버클링되게 할 수 있다.

(a) 잠재적인 케이블 파괴 및 (b) 더 큰 굽힘 강성을 야기시키는 가혹한 굴곡 조건 하에서 최외곽 케이블의 버클링 현상을 피하기 위해, 본 발명의 양태에 제안된 특정한 해법, 즉, 케이블 어레이를 협소하게 하여서 외부 케이블이 순부 부분과 비교하여 내향으로 오프셋되는 것을 검토하는 FEA 연구가 수행된다. 이는 복합물 구조에서 케이블 어레이 내의 케이블 피치를 감소시켜서 달성될 수 있으므로, 케이블을 동일한 수로 유지할 수 있다.

일례로서, 공지된 핸드레일은 2.3mm의 케이블 피치를 갖는 20개의 종방향 케이블을 구비하는 케이블 어레이를 포함할 수 있으므로 45mm 폭의 케이블 어레이가 제공된다. 33mm 폭의 케이블 어레이를 제공하여 주는 1.65mm 피치를 갖는 모델이 개발되었다. 연구는 케이블의 버클링 거동과, 더 작은 피치 거리를 갖는 전체 핸드레일의 굽힘 강성의 감소, 둘 다에서 현저한 개선을 보여주었다. 구체적으로, 동일한 조건 하에서, 250mm의 역굽힘 반경을 달성하는데, 33mm 케이블 어레이 핸드레일에 대해 45mm 폭의 케이블 어레이 핸드레일보다 약 15% 더 적은 힘을 요한다는 것이 밝혀졌다. 또한, 이러한 결과는 인스트론™ 테스트에 의해서도 확인될 수 있으며, 협소한 케이블 어레이 폭을 갖는 핸드레일이 더 작은 역굽힘 강성을 보인다.

또한, 33mm 폭의 케이블 어레이를 갖는 핸드레일과 45mm 폭의 케이블 어레이를 갖는 핸드레일들이 유사한 조건 하에서 변형될 때의 FEA 모델 단면에서 더 높은 폰 미제스 및 외부 케이블의 이동이 관찰될 것이다. 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 45mm 케이블 어레이에서의 외부 케이블(도 8a)은 33mm 케이블 어레이에서의 외부 케이블(도 8b)보다 더 큰 굽힘 응력을 가진다. 외부 케이블을 순부의 응력 라인으로부터 벗어나도록 이동시키는 것은 외부 케이블이 굴곡된 동안 원래의 평면을 유지하는 기능에 상당한 영향을 주어서, 외부 케이블이 버클링될 기회를 줄여준다.

FEA 연구는 가혹한 굴곡 조건 하에서 열가소성 재료의 두 개의 층의 비율 및 위치를 시험하기 위해 수행되기도 한다. 위에서 검토한 바와 같이, 내부층이 순부 부분의 단부 벽까지 연장되거나 도달하는, 종래의 핸드레일 설계는 훌륭한 순부 강도를 야기할 수는 있으나, 핸드레일의 순부 부분에서 전체적으로 더 큰 굽힘 응력 및 더 큰 변형을 초래한다. 본 발명의 특정한 양태에서와 같이, 이는 내부층이 테이퍼링되고 T자형 슬롯의 바닥 평면 이하가 아닌 순부 부분의 내부 벽을 따라 종단되도록 변경하여서 개선될 수 있다.

도 9를 참조하면, 핸드레일 설계의 단면 구성의 변형이 응력 도면에서 보여질 수 있다(활주물은 도시되지 않음). 이러한 하이브리드 모델은 좌측에 종래의 핸드레일 설계를 그리고 우측에 변형된 핸드레일을 도시하며, 변형된 핸드레일은 협소한 케이블 어레이(폭 33mm), 변형된 제1 및 제2 층의 프로파일을 포함한다. 종래 핸드레일 설계의 순부 부분에서의 폰 미제스 응력의 더 높은 분포가 도시되며, 이는 변형된 순부 부분에서의 동일한 영역보다 더 어둡게 나타내어진다.

추가로, 핸드레일의 성능에 있어서 중요한 다른 특징은 순부 부분의 반경임이 이해되어야 한다. 본 발명자는 FEA 해석을 통해, 더 작은 순부 부분의 반경은 굽혀진 동안 핸드레일의 강성 증가와 관련이 있을 수 있으며, 큰 응력을 발생시킬 수도 있음을 발견하였다. 이 때문에 핸드레일 설계를 결정할 때, 순부 부분의 내측 및 외측 반경 모두는 감소하기보다 증가하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 80mm 폭의 핸드레일에서는 순부 부분의 내부 반경이 약 2.0mm 그리고 외부 반경이 약 2.0mm 내지 2.25mm인 것이 적합할 수 있다.

도 10을 참고하면, 267mm 반경의 역 굽힘을 포함하고, 고속(대략 255m/분)으로 움직이는, 에스컬레이터 구동 메커니즘 테스트 장비(rig)에서 동적 핸드레일 테스트가 수행된다. 이러한 테스트는 핸드레일 설계의 변형을 확인하기 위해 수행된다. 핸드레일 A 및 B의 테스트는 종래의 설계(폭이 80mm이며, 20개의 케이블을 포함하는 45mm 폭의 케이블 어레이를 갖고, 내부층이 순부 부분의 단부 벽으로 연장)를 표현한다. 핸드레일 C 및 D의 테스트는 변형된 설계(폭이 80mm이며, 20개의 케이블을 포함하는 33mm 폭의 케이블 어레이를 갖고, 내부층은 테이퍼링되고 순부 부분의 내부 벽을 따라 종단되며 T자형 슬롯의 바닥 평면 아래로는 내려가지 않으며, 활주층은 200MPa 내지 250MPa의 모듈러스를 가짐)를 표현한다.

도시한 바와 같이, 변형된 설계 C 및 D가 파괴 없이 최소 2백만 사이클 이상을 달성할 수 있는 핸드레일로, 더 우수한 성능을 보여준다.

전형적인 케이블 단면 구성의 예가 도 11a에 도시된다. 작은 개개의 스트랜드로 구성된, 예를 들어, "7+4" 패턴으로 구성된, 종래의 스틸 케이블 등은 고무/열가소성 물질/접착제의 열악한 침투가 문제일 수 있다. 통상의 문제에서와 같이, 개개의 와이어가 고무, 열가소성 물질, 접착제 등에 의해 서로로부터 보호되거나 차폐되지 않는 경우, 스틸 케이블에서 접촉 진동(fretting) 및/또는 부식(corrosion)이 일어날 수 있다. 접촉 진동 또는 부식이 일어나는 경우, 바람직하지 않게도 핸드레일은 수축될 수 있으며, 이것이 핸드레일의 파괴로 이어질 수 있다.

도 11b에 도시한 바와 같이, 특정한 단면 구성을 갖는 인장 억제물이 제공된다. 그곳에 도시한 바와 같이, "3+6" 패턴은 스틸 케이블의 작은 내부 스트랜드 및 큰 외부 스트랜드를 포함한다. 이러한 구성은 고무, 열가소성 물질, 접착제 등의 양호한 침투를 가능하게 해줄 수 있다. 예를 들어, 상기 핸드레일 구조가 주어지면, 열가소성 재료의 제1 층이 실질적으로 침투하여 케이블을 보호할 수 있으며, 높은 접착력이 제품을 길이 변화에서 견딜 수 있게 해준다. 이러한 침투는 개개의 스트랜드 사이의 간극 내로 열가소성 물질이 침투하는 것을 촉진하기에 적합한 압력 조건 하에서, 스틸 케이블과 열가소성 물질을 함께 압출하여 달성될 수 있다. 열가소성 핸드레일의 압출용 장치 및 방법의 일례는 2007년 9월 10일에 출원되었고 "열가소성 핸드레일의 압출용 장치 및 방법"으로 명명된, 본 출원인의 미국 가출원 제60/971,152호와 2008년 9월 10일에 출원된 대응 PCT 출원에 개시되며, 본 명세서에서는 참조로서 이 둘의 전체 내용이 합체된다.

이하의 표 2는 도 11b에 도시한 바와 같은 단면을 갖는 적합한 인장 억제물 케이블을 위한 예시적인 규격을 제시한다. 이러한 예시적인 규격을 갖는 라인에 적합한 케이블은 벨기에 코르트레이크 베카르트 에스에이(Bekaert SA, of Kortrijk, Belgium)로부터 얻을 수 있다.

타입	-	고장력 스틸 코드, 황동 도금
구조	mm	3×0.20+/-0.01+6×0.36+/-0.01
비틀림(twist)[꼬임 길이(lay length)]	당 1턴	9.5+/-0.5mmZ+18.0+/-0.9mmS
선형 밀도	g/m(lb/ft)	5.59+/-0.28(0.00376+/-0.00019)
직경	mm(in)	1.15+/-0.06(0.045+/-0.0024)
길이-최소 개체	N(lb)	1870(420)
길이-목표	N(lb)	1990(447)

본 명세서에서 설명된 하나 이상의 실시예의 다른 변형이 존재할 수 있고, 본 명세서에서 청구한 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않는 한 실시될 수 있음이 당업자에게 이해될 것이다.

Claims

전체적으로 C자형 단면을 가지며 사실상 T자형인 내부 슬롯을 형성하는 핸드레일이며,
a) T자형 슬롯의 주위로 연장하여, 핸드레일의 외부 프로파일을 형성하고 사실상 대향하는 단부 벽들을 갖는 반원형 순부 부분을 형성하는 열가소성 재료와,
b) T자형 슬롯에 안감을 대고 열가소성 재료에 접합되는 활주층과,
c) 열가소성 재료 내에서 중심 평면을 따라 배치된 복수의 종방향 케이블로 구성된 인장 억제용 케이블 어레이를 포함하며,
케이블 어레이의 외측 케이블은 순부 부분의 단부 벽에 대하여 내향으로 오프셋되는
핸드레일.
제1항에 있어서,
복수의 케이블 각각은 0.5mm 내지 2mm의 직경을 갖는
핸드레일.
제1항 또는 제2항에 있어서,
케이블 어레이는 30mm 내지 35mm의 폭과 1.5mm 내지 2mm의 피치를 갖는
핸드레일.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
활주층은 T자형 슬롯으로부터 외부로 그리고 순부 부분의 단부 벽의 주위에 연장되는 에지 부분을 포함하는
핸드레일.
사실상 C자형 단면을 가지며 사실상 T자형인 내부 슬롯을 형성하는 핸드레일이며,
a) T자형 슬롯의 주위에 연장되어 반원형 순부 부분의 내부 벽을 형성하는 열가소성 재료의 제1 층과,
b) 제1 층의 외측 주위로 연장하고 핸드레일의 외부 프로파일과 순부 부분의 사실상 대향하는 단부 벽들을 형성하는 열가소성 재료의 제2 층과,
c) T자형 슬롯에 안감을 대고 제1 층에 접합되는 활주층과,
d) 제1 층 내에서 평면을 따라 배치되는 인장 억제물을 포함하는
핸드레일.
제5항에 있어서,
제1 층은 순부 부분 주위에서 두께가 테이퍼링되고 실질적으로 T자형 슬롯의 바닥 평면 아래로 연장되지 않는
핸드레일.
제5항 또는 제6항에 있어서,
제1 층은 순부 부분의 내부 벽을 따라 종단되는
핸드레일.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
핸드레일은 T자형 슬롯 위에 상위 부분을 포함하며 상위 부분 내에서 제1 층이 제2 층보다 두꺼운
핸드레일.
제8항에 있어서,
제1 층은 상위 부분에서 적어도 핸드레일 두께의 60%를 포함하는
핸드레일.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상위 부분은 대략 10mm의 두께를 가지며 제1 층의 두께는 적어도 6mm인
핸드레일.
제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 층은 제2 층 보다 더 경질인 열가소성 물질로 형성되는
핸드레일.
제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 층은 40 내지 50 쇼어 'D' 범위의 경도를 갖고, 제2 층은 70 내지 85 쇼어 'A' 범위의 경도를 가지며, 활주층은 150MPa 내지 250MPa의 모듈러스를 갖는
핸드레일.
제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
활주층은 T자형 슬롯으로부터 외부로 그리고 순부 부분의 단부 벽의 주위로 연장되는 에지 부분을 포함하는
핸드레일.
사실상 C자형 단면을 가지며 사실상 T자형인 내부 슬롯을 형성하는 핸드레일이며,
a) T자형 슬롯의 주위로 연장하여 반원형 순부 부분의 내부 벽을 형성하는 열가소성 재료의 제1 층과,
b) 제1 층의 외측 주위에 연장하고 핸드레일의 외부 프로파일과 순부 부분의 사실상 대향하는 단부 벽들을 형성하는 열가소성 재료의 제2 층과,
c) T자형 슬롯에 안감을 대고 제1 층에 접합되는 활주층과,
d) 제1 층 내의 중심 평면을 따라 배열된 복수의 종방향 케이블로 구성된 인장 억제용 케이블 어레이를 포함하며,
케이블 어레이의 외측 케이블은 순부 부분의 단부 벽에 대하여 내향으로 오프셋되는
핸드레일.
사실상 C자형 단면을 가지며 사실상 T자형인 내부 슬롯을 형성하는 핸드레일이며,
a) T자형 슬롯의 주위로 연장되는 열가소성 재료의 제1 층과,
b) 제1 층의 외측 주위로 연장하고 핸드레일의 외부 프로파일을 형성하는 열가소성 재료의 제2 층과,
c) T자형 슬롯에 안감을 대고 제1 층에 접합되는 활주층과,
d) 제1 층 내의 중심 평면을 따라 배열된 복수의 종방향 케이블로 구성된 인장 억제용 케이블 어레이를 포함하며,
종방향 케이블 각각은 복수의 비교적 큰 외부 스트랜드와 복수의 비교적 작은 내부 스트랜드를 포함하는
핸드레일.
제15항에 있어서,
각각의 케이블은 약 1.15mm의 외부 직경을 갖는
핸드레일.
제15항 또는 제16항에 있어서,
각각의 케이블은 6개의 외부 스트랜드와 3개의 내부 스트랜드로 구성된
핸드레일.
제17항에 있어서,
외부 스트랜드는 대략 0.36mm의 직경을 갖는
핸드레일.
제17항 또는 제18항에 있어서,
내부 스트랜드는 대략 0.2mm의 직경을 갖는
핸드레일.
제15항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
케이블은 고장력 스틸로 형성된
핸드레일.
제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
케이블은 황동 도금된
핸드레일.
사실상 C자형 단면을 가지며 사실상 T자형인 내부 슬롯을 형성하는 핸드레일이며,
a) T자형 슬롯의 주위로 연장하여 반원형 순부 부분의 내부 벽을 형성하는 열가소성 재료의 제1 층과,
b) 제1 층의 외측 주위로 연장하여 핸드레일의 외부 프로파일과 순부 부분의 사실상 대향하는 단부 벽들을 형성하는 열가소성 재료의 제2 층과,
c) T자형 슬롯에 안감을 대고 제1 층에 접합되는 활주층과,
d) 제1 층 내의 중심 평면을 따라 배치된 복수의 종방향 케이블로 구성된 인장 억제용 케이블 어레이를 포함하며,
케이블 어레이의 외측 케이블은 순부 부분의 단부 벽에 대하여 내향으로 오프셋되고, 종방향 케이블 각각은 복수의 비교적 큰 외부 스트랜드와 복수의 비교적 작은 내부 스트랜드를 포함하는
핸드레일.
첨부 도면에 도시한 바와 같거나 첨부 도면을 참조로 하여 본 명세서에서 설명한 것과 실질적으로 같은
핸드레일.