SI25029A - Vrvna zavorna naprava - Google Patents

Abstract

Izum se nanaša na vrvno zavorno napravo, pri kateri lahko s spreminjanjem konstrukcijskih parametrov dosežemo, da deluje kot varovalo, zavora, vrvni blažilnik padca ali pozicijska naprava. Vrvna zavorna naprava (1) obsega v bistvu ploščast osnovni element (2) z zgornjim odsekom (2a) s prvo luknjo (3) za sprejem obeh koncev vrvi (6) in s spodnjim odsekom (2b), os, ki z zgornjim odsekom (2a) tvori kot alfa, ki je od 60 do 110 stopinj , sučen element (5), ki je nameščen na osi, in pritisni element (7), ki je pritrjen na sučnem elementu (5) tako, da os sučnega elementa (5) in os pritisnega elementa (7) oklepata kot beta, ki je od 60 do 90 stopinj. Končna odseka ob vzdolžni stranici zgornjega odseka (2a) medsebojno oklepata kot omega, ki je od 90 do 180 stopinj. Naprava je konstrukcijsko enostavna, varna in zanesljiva, deluje obojestransko, omogoča optimalno delovanje z uporabo velikega razpona različnih debelin vrvi.

Description

VRVNA ZAVORNA NAPRAVA

Tehnično področje

Izum se nanaša na množico vrvnih zavornih naprav, ki imajo skupni izumiteljski koncept, in pri katerih se s spremembami konstrukcijskih značilnosti doseže različne funkcionalne značilnosti tako, da se naprava lahko uporablja kot varovalo pred padcem, kot zavora, kot blažilnik padca ali kot pozicijska naprava, in sicer pri športnem plezanju, alpinizmu, jamarstvu, pri reševalnih akcijah, pri varovanju na višini, v industrijskih aplikacijah, pri transportu in navtiki.

Stanje tehnike

Iz stanja tehnike so znane najrazličnejše izvedbe vrvnih zavornih naprav. Osnovne tri funkcije, ki jih morajo vrvne zavorne naprave izpolnjevati, so naslednje: dopuščati morajo prosto gibanje vrvi skozi napravo, ko ta ni v obremenjenem položaju; zavreti morajo vrv, ko je ta obremenjena; in omogočiti morajo nadzorovano spuščanje obremenjene vrvi skozi napravo. Omenjene funkcije se v osnovi izključujejo, zato je težko zagotoviti, da bi bile vse tri funkcije izpolnjene v eni napravi. V odvisnosti od namena uporabe naprave in zahtev standarda se tako da eni ali drugi funkciji večji pomen. Osnovne štiri vrste vrvnih zavornih naprav so: zavorna naprava, varovalna naprava, pozicijska naprava in blažilnik padca.

Da naprava zadrži vrv, je potrebno ustvariti pogoje trenja med vrvjo in deli naprave. Običajni sta dve izvedbi napeljave vrvi. Pri prvi poteka vrv skozi napravo brez pregibov, kar v neobremenjenem stanju omogoča neovirano gibanje vrvi skozi napravo, pri drugi pa s pregibi, kar ovira prosto gibanje vrvi skozi napravo. V primeru brez pregiba vrvi, je potreben močan ploščinski pritisk zavornega dela naprave ob vrv, v tem primeru se sila zaviranja računa po formuli ploščinskega pritiska z pripadajočim koeficientom trenja med materiali. Vrv je tako točkovno obremenjena in zato bolj izpostavljena poškodbam in obrabi kot v primeru pregibne napeljave vrvi, kjer se sila trenja razporedi na večji površini. Sila zaviranja je v tem primeru linearno sorazmerna s silo ploščinskega pritiska na vrv. Zavorno silo definira koeficient trenja, polmer pregiba vrvi, in objemni kot površinskega kontakta med vrvjo in drsno površino valjčka oziroma deli naprave. Sila zaviranja narašča eksponentno z večanjem objemnega kota vrvi in koeficienta trenja.

Karakteristike vrvi so različne glede na proizvajalca in tip vrvi, debelino vrvi, obrabljenost, starost in prepojenost vrvi z oljem, vodo, blatom, peskom. Vse te spremenljivke vplivajo na delovanje naprave. Na delovanje naprave vpliva tudi sila obremenitve in hitrost obremenitve vrvi. Te spremenljivke vplivajo na delovanje naprave v različnih okoliščinah in s tem zmanjšujejo varno upravljanje z napravo. Zanesljivost in varnost pa sta ključni, zato obstaja potreba po napravi, ki zagotavlja stabilno delovanje v vseh pogojih.

Možna sta dva načina zaustavitve gibanja obremenjene vrvi, in sicer »dinamičen« z zdrsom ali »statičen« brez zdrsa vrvi skozi napravo. Dinamična zaustavitev z zdrsom se uporablja npr. pri blažilnikih padca. V primeru statične zaustavitve gibanja je sila impulzna. Energija se v tem primeru absorbira z raztezkom vrvi oziroma s trenjem v vrvi. Pri dinamični zaustavitvi gibanja sta sila obremenitve in zavorna pot v medsebojni odvisnosti, sila zaviranja pri kateri prihaja do zdrsa pa se spreminja glede na debelino, trdoto vrvi, ter izvedbo zavornega mehanizma naprave. V tem primeru naprava absorbira del energije s trenjem med vrvjo in deli naprave, preostali del energije se absorbira z raztezkom in trenjem v vrvi.

Za statično zaustavitev gibanja vrvi skozi napravo se najpogosteje uporablja mehanizem z ekscentrično vpetim nihajnim delom mehanizma, ki ob pritisku ob vrv deluje samozatezno. Tak mehanizem razkriva dokument DE2439678A1. Slabost take rešitve so visoke sile obremenitve sistema, ki lahko privedejo do poškodb vrvi ali delov sistema in večje sile na ročici, ki deluje na ekscenter za razbremenitev sistema. V kolikor se gibanje ekscentra omeji in omogoči podrsavanje vrvi, nastane problem prilagajanja različnim debelinam vrvi, kar pa omejuje uporabnost in varnost naprave. Poleg tega so sile pritiska ekscentra na vrv odvisne od položaja ekscentra, ta pa je odvisen od debeline vrvi.

Za dinamično zaustavitev gibanja vrvi z zdrsom skozi napravo se najpogosteje uporablja preprost mehanizem skozi katerega je ovita vrv. Opis takega mehanizma je v dokumentu FR2631325A1, ki služi kot varovalo ali zavora za spuščanje po vrvi.

Na področju varovanja ljudi na višini, za športne in industrijske aplikacije, se običajno uporablja dve vrsti blažilnikov padca. Ena vrsta običajno uporablja šivan večkrat preganjen trak, kjer se ob obremenitvi začnejo trgati šivi in s tem absorbirajo energijo padca. Ta tip blažilca padca se najbolj uporablja v industrijskih aplikacijah, tipičen primer najdemo v dokumentu US3444957. Slabost tega blažilnika je, da je za enkratno uporabo. Druga vrsta blažilnika padca se deli na dve podvrsti. Prva podvrsta uporablja luknjasto ploščico brez gibljivih elementov, skozi katero je napeljana vrv, ki je dimenzionirana na premer lukenj v ploščici. Prednost je enostavnost izvedbe, slabost pa, da se pogoji zaviranja spreminjajo z spremembami v vrvi, saj z časom postaja manj prožna in trša, posledično se zvišuje sila zaviranja, ki napravo naredi nevarno za uporabo. Takšna naprava je opisana v dokumentu DE3345290A1. Druga podvrsta blažilnika padca uporablja mehanizem, ki dopušča zdrs vrvi pod določeno silo in se običajno uporablja kot varovalo in blažilnik padca hkrati. To so samozapoma varovala za večja bremena, kot je to opisano v dokumentu EPI 123718A1. Prednost tega samozapomega blažilnika oziroma varovala je, da se ga lahko uporabi večkrat in da ima možnost kontroliranega spusta bremena in da lahko zadrži velika bremena zaradi velikega objemnega kota vrvi okoli gibljivega dela zavornega mehanizma. Slabosti pa so neprilagodljiva zavorna sila, zelo omejen obseg uporabe različnih debelin vrvi, oteženo gibanje vrvi skozi napravo, ko ni obremenjena, velikost, teža in posledično visoka cena.

• · • · · ·

Varovalne naprave ločimo na samozatezna varovala in varovala, pri katerih se padec plezalca zaustavi s pomočjo ročnega zadrževanja vrvi na vhodni strani. Samozatezna varovala običajno uporabljajo ekscentrični zavorni mehanizem, kot ga razkriva dokument US5076400A. Te samozatezne naprave sunkovito zaustavijo padec, kar je neprijetno za plezalca in lahko tudi nevarno za tistega, ki varuje, saj ga sila vrvi dvigne od tal, pri čemer lahko udari ob skalo. Velike sile so problematične tudi za sidrišča, ki jih plezalec med plezanjem izdeluje v skalnih razpokah. Prednost samozateznih naprav je, da vrv ne zdrsne skozi napravo, kadar se vrv ne zadržuje z roko, s čimer se prepreči prosti pad plezalca in udarec ob oviro. Ker te naprave zagotavljajo višjo varnost, so zaželene, čeprav so dražje, večje, težje, in uporabljajo mehanizem, ki v določenih okoliščinah ne deluje zanesljivo, kar so nezaželene karakteristike naprave. Napravo, ki deluje samozatezno in ob enem dopušča zdrs vrvi na nižjih silah razkriva dokument US2003196853A1. Kljub avtomatskemu zaviranju, te naprave še ne zagotavljajo popolne varnosti, saj se lahko zgodi, da mehanizem ne bo zaznal padca in zaustavil drsenja vrvi. Zato plezalec med varovanjem nikoli ne sme izpusti vrvi iz roke. Primer naprave, ki rešuje ta problem s centrifugalno sklopko, ki zazna padec glede na hitrost gibanja vrvi skozi napravo, je opisan v dokumentu US2014262611Al.

Druge naprave, kjer padec plezalca zaustavimo z pomočjo ročnega zadrževanja vrvi, zagotavljajo dinamično varovanje ali mehko zaustavitev padca, ki ga omogoča ročno nadzorovan zdrs vrvi skozi napravo. Tako napravo razkriva dokument US D593844. Ker imajo te naprave razmeroma majhno zavorno moč, je v primeru velikega padca težko zadržati padec. Ker so sile takšnega padca lahko višje, kot jih lahko zadržimo z roko, lahko pride do usodnih posledic zaradi padca plezalca in poškodbe roke osebe, ki ga varuje, pri zadrževanju vrvi. Izboljšave za povečanje zavorne moči naprave so narejene z povečanim V utorom, ki deluje delno smozapiralno, kot je razkrito v dokumentu US2011284323A1, a težava z nevarnostjo izpustitve vrvi iz roke še vedno obstaja. Poleg tega je naprava do vrvi precej agresivna, kar se odraža na obrabi vrvi, zlasti v primeru spuščanja po vrvi.

Značilno je, da naprave, ki ustavijo vrv dinamično, dopuščajo prosto drsenje vrvi skozi napravo, ko ta ni obremenjena, medtem, ko samozatezna varovala to gibanje vrvi znatno ovirajo in hitreje in pogosteje sprožijo zaviralni mehanizem, predvsem ob hitrih potegih vrvi, kar moti plezalca saj ga zadržuje pri plezanju. Da bi se odpravil ta problem, se uporabljajo razne tehnike ročnega zadrževana zaviralnega mehanizma, vendar se s tem poveča možnost, da naprava ne zazna padca, varujoči pa ob padcu nagonsko ne izpusti zadrževanja zavornega mehanizma, kar zmanjšuje varnost varovalne naprave. Obe vrsti naprav imata prednosti in slabosti, to kar je prednost ene se kaže kot slabost druge naprave in obratno, zato obstaja potreba po napravi, ki bi združila dobre lastnosti obeh vrst naprav. Poskus združitve dinamičnega in statičnega varovanja v eni napravi je razkrit v dokumentu US2014174850.

Osnovna funkcija zavore je kontrolirano spuščanje po vrvi. Samozatezne zavore običajno uporabljajo ekscentrični zavorni mehanizem, zato vrv zdrsne skozi napravo šele pri visokih silah, odvisno od debeline vrvi, in se giblje med 4 kN do 9 kN. Primer je razviden iz US5054577A.

Pozicijske naprave se uporabljajo za pozicioniranje delavca na višini, npr. na električnem drogu ali strehi, ko se vrvni sistem prilagodi na določeno razdaljo ki omejuje gibanje in s tem preprečuje padec. Primer take naprave razkriva dokument US8464832B1.

Tehnični problem

Tehnični problem je, kako zasnovati vrvno zavorno napravo, ki bo konstrukcijsko enostavna, majhnih dimenzij, lahka in cenovno ugodna za izdelavo. Cilj je zasnovati • · množico vrvnih zavornih naprav z enotno konstrukcijsko zasnovo, ki s spreminjanjem določenih konstrukcijskih parametrov ustrezajo zahtevam standardov za varovala, zavore, vrvne blažilnike padca in pozicijske naprave. Nadalje naj vrvna zavorna naprava omogoča dvostransko delovanje, delovanje z velikim razponom debelin in trdot vrvi, gladko drsenje vrvi skozi napravo, ko vrv ni obremenjena, in avtomatsko sprožitev zavornega mehanizma ob pulzni obremenitvi oz. ob povečani hitrosti drsenja vrvi skozi napravo. Nadalje naj naprava omogoča nadzorovano razbremenitev.

Rešitev tehničnega problema

Tehnični problem je rešen z vrvno zavorno napravo, ki obsega:

- v bistvu ploščast osnovni element, ki nadalje obsega zgornji odsek osnovnega elementa, ki ima na zgornjem delu prvo luknjo za sprejem obeh koncev vrvi, in spodnji odsek osnovnega elementa,

- os, ki je fiksno povezana s spodnjim delom zgornjega odseka osnovnega elementa tako, da z zgornjim odsekom osnovnega elementa v vzdolžnem prerezu tvori kot a,

- sučen element, ki je sučno, prednostno središčno nameščen na osi, in okrog katerega je speljana vrv, in

- pritisni element, prednostno valjast, ki je fiksno povezan z obodnim delom sučnega elementa tako, da iz njega Štrli navzgor, pri čemer os sučnega elementa in os pritisnega elementa oklepata kot β.

Vrvna zavorna naprava obsega drugo luknjo za sprejem vponke, ki je po izbiri razmeščena na spodnjem delu spodnjega odseka osnovnega elementa ali pa na nosilcu, ki je razmeščen v osi omenjene osi.

V delovnem položaju vrvne zavorne naprave je vrv speljana z zgornje strani skozi prvo luknjo, okrog sučnega elementa in spet skozi prvo luknjo s spodnje strani. Smer uvoda vrvi v napravo ni pomembna, saj naprava deluje obojestransko. V neobremenjenem stanju vrvi le-ta prosto drsi skozi vrvno zavorno napravo. Ko se en konec vrvi obremeni z impulzom sile ali se hitrost drsenja vrvi močno poveča, se zaradi trenja med vrvjo in sučnim elementom le-ta zasuče, pri čemer pritisni element vrv stisne ob notranjo ploskev zgornjega odseka osnovnega elementa in zavira drsenje vrvi skozi vrvno zavorno napravo.

Vrvna zavorna naprava lahko nadalje obsega kroglico, vzmet in zaporni element, ki so razmeščeni v tretji skoznji luknji, ki je tvorjena v vzdolžni smeri pritisnega elementa. Kroglica, ki je obremenjena s pomočjo prednapete vzmeti, v neobremenjenem stanju vrvne zavorne naprave ubira s četrto luknjo, ki je tvorjena v elementu, na katerem je razmeščen sučen element, in preprečuje prehitro aktiviranje vrvne zavorne naprave, tj. kadar vrv prosto drsi skozi napravo. Ko se hitrost vrvi skozi vrvno zavorno napravo poveča, trenje med vrvjo in sučnim elementom odrine kroglico proti sili vzmeti iz njenega blokiranega položaja in sučen element se lahko zasuče okrog osi.

Zavorna sila je odvisna od objemnega kota γ vrvi. Večji kot je kot γ, večja je zavorna sila. Objemni kot vrvi določa razmerje med premerom d sučnega elementa in širino a prve luknje. Ostali mehanizmi za povečanje zavorne sile bodo razloženi v nadaljevanju.

Končna odseka ob vzdolžni stranici osnovnega elementa medsebojno oklepata kot ω.

Možne so različne konfiguracije vrvne zavorne naprave. Parametri se izberejo v odvisnosti od tega, kateri funkciji naprave želimo dati prednost, tj. odvisno od namena naprave.

Ena od konfiguracij konstrukcijskih parametrov vrvne zavorne naprave je, ko sta kota a in β enaka in znašata v bistvu 90°. Kot ω je v bistvu 180°. Pritisni element se giblje vzporedno z notranjo ploskvijo osnovnega elementa. V odvisnosti od odmika b • · pritisnega elementa od notranje ploskve osnovnega elementa in od debeline vrvi pritisni element v obremenjenem stanju pritisne vrv ob notranjo ploskev osnovnega elementa ali ob rob prve luknje. Odmik b torej določa zavorno silo, ki je odvisna od debeline vrvi. Taka izvedba vrvne zavorne naprave je primerna zlasti za uporabo kot zavora, pozicijska naprava ali blažilnik padca.

Druga od konfiguracij konstrukcijskih parametrov vrvne zavorne naprave je, ko sta kota a in β enaka in sta večja od 60° in manjša od 90°. Kot ω je dvakratnik kota β. Notranja ploskev osnovnega elementa je približek plašča prisekanega stožca, čigar središčnica je poravnana z osjo sučnega elementa, tako, da se pritisni element giblje vzporedno z notranjo ploskvijo osnovnega elementa. V odvisnosti od odmika b pritisnega elementa od notranje ploskve osnovnega elementa in od debeline vrvi pritisni element v obremenjenem stanju pritisne vrv ob notranjo ploskev osnovnega elementa ali ob rob prve luknje. Tudi v tem primeru odmik b določa zavorno silo, kije odvisna od debeline vrvi. Taka izvedba vrvne zavorne naprave je po funkcionalnosti podobna prvi izvedbi le, da je oblikovno bolj dovršena in iz ergonomskega vidika primernejša za rokovanje. Primerna je zlasti za uporabo kot pozicijska naprava, zavora ali blažilnik padca.

Tretja od konfiguracij konstrukcijskih parametrov vrvne zavorne naprave je, ko je kota a večji od 90°, prednostno med 100° in 110°, in je kot β od 60° do 90°, prednostno 90°. Kot ω je od 90° do 180°, prednostno med 110° in 130°. Večji kot a pomeni večjo zavorno silo. V tem primeru se pritisni element ne giblje vzporedno z notranjo ploskvijo osnovnega elementa. Med pritisnim elementom in notranjo ploskvijo osnovnega elementa se pri zasuku sučnega elementa tvori klinast prostor, v katerem je ukleščena vrv, ki jo je treba zavreti. Pri tem izvedbenem primeru se klinast prostor prilagaja različnim debelinam vrvi. Zavorna sila se ohranja neodvisno od debeline vrvi. Taka izvedba vrvne zavorne naprave je primerna za uporabo zlasti kot varovalo. V kolikor je naprava opremljena z odklonskim elementom, ki je opisan v nadaljevanju, je primerna tudi za uporabo kot pozicijska naprava, zavora ali blažilnik padca.

Za povečanje zavorne sile vrvne zavorne naprave je sučen element na nasprotni strani od pritisnega elementa lahko opremljen s prvim odklonskim elementom. Prvi odklonski element odkloni vrv, ki je speljana okrog sučnega elementa, v ravnini, prečni na os sučnega elementa za razdaljo c od notranje ploskve osnovnega elementa. Zavorna sila se še dodatno poveča, če je prvi odklonski element tvorjen pod kotom tako, da je kot δ med osjo sučnega elementa in osjo prvega odklonska elementa manjši od 90°, prednostno med 60° in 80°.

Alternativno lahko vrvna zavorna naprava obsega drugi odklonski element, ki je tvoijen integralno z osnovnim elementom, in sicer na notranji strani na zgornjem delu spodnjega odseka osnovnega elementa. Drugi odklonski element povzroči, da je vrv za razdaljo c odmaknjena od notranje ploskve osnovnega elementa. Njegova funkcija je podobna, kot jo ima prvi odklonski element, le da je učinek na povečanje zavorne sile manjši. Zavorna sila se še dodatno poveča, če je drugi odklonski element tvorjen pod kotom tako, daje kot δ med osjo sučnega elementa in prednjo ploskvijo drugega odklonska elementa manjši od 90°, prednostno med 60° in 80°.

Naprava nadalje obsega razbremenilno ročico, ki omogoča nadzorovano razbremenitev vrvne zavorne naprave z roko v primeru spuščanja.

Na zgornjem koncu osnovnega elementa je lahko tvorjen utor v vzdolžni smeri osnovnega elementa. Utor služi sprejemu prostega konca vrvi. Vrv je preko utora preganjena, s čimer se poveča zavorna sila pri nadzorovanem spuščanju plezalca in s tem izboljša nadzor zaviranja.

Prednost vrvne zavorne naprave po izumu pred znanimi napravami je enostavna konstrukcija z majhnim številom delov, njene majhne dimenzije in majhna teža ter nizki proizvodni stroški. Enotna konstrukcijska zasnova s spreminjanjem določenih parametrov omogoča izdelavo naprave, ki je skladna z zahtevami mednarodnega standarda za varovala, zavore, vrvne blažilnike padca in pozicijske naprave. Nadaljnja prednost je obojestransko delovanje vrvne zavorne naprave, kar pomeni, da ne more priti do usodne napake pri napeljevanju vrvi skozi napravo. Prednost vrvne zavorne naprave pred znanimi napravami je tudi njena velika neobčutljivost na različne debeline in trdote vrvi, saj omogoča optimalno delovanje naprave z uporabo velikega razpona različnih debelin vrvi. Omogoča gladko drsenje vrvi skozi napravo, ko vrv ni obremenjena, ter avtomatsko sprožitev zavornega mehanizma ob pulzni obremenitvi oz. ob povečani hitrosti drsenja vrvi skozi napravo (npr. nad 1 m/s). Pomembna prednost vrvne varovalne naprave po izumu je tudi, da se zavora aktivira v vsaki situaciji, torej tudi v primeru, ko se prosti konec vrvi ne zadržuje z roko.

Slika 1: Vrvne zavorne naprave, znane iz stanja tehnike; a. samozatezno varovalo, b. samozatezna ekscentrična zavora, c. konična pozicijska naprava, d. ekscentrična pozicijska naprava, e. ročna zavora z valjčki, f. blažilnik padca z luknjasto ploščo, g. ročna zavora (osmica), h. cevasto ročno varovalo

Slika 2: Dva načina uporabe vrvne zavorne naprave po izumu, ko je v funkciji varovala

Slika 3: Vrvna zavorna naprava s prvim odklonskim elementom, pri kateri je kot a in β znašata 90° in kot ω 180°

Slika 4: Vrvna zavorna naprava z nosilcem in mehanizmom proti prehitremu aktiviranju vrvne zavorne naprave

Slika 5; Vrvna zavorna naprava z nosilcem in mehanizmom proti prehitremu aktiviranju vrvne zavorne naprave v prečnem prerezu

Slika 6: Vrvna zavorna naprava z nosilcem in prvim odklonskim elementom, pri kateri kota a in β znašata 90° in kot ω 180°

Slika 7: Vrvna zavorna naprava z nosilcem in drugim odklonskim elementom, pri kateri sta kota a in β manjša od 90° in kot ω manjši od 180° • # ll — -:· ·. . .* ’ ' * * ·

Slika 8: Vrvna zavorna naprava z nosilcem, pri kateri je kot a večji od 90°, kot β 90° in kot ω manjši od 180°

Slika 9: Prikaz prilagajanja vrvne zavorne naprave različnim debelinam vrvi Slika 10: Vrv v vrvni zavorni napravi v neobremenjenem stanju Slika 11: Vrv v vrvni zavorni napravi v obremenjenem stanju

V nadaljevanju je izum opisan podrobneje.

Tehnični problem je rešen z vrvno zavorno napravo 1, ki obsega:

- v bistvu ploščast osnovni element 2, ki nadalje obsega zgornji odsek 2a osnovnega elementa, ki ima na zgornjem delu prvo luknjo 3 za sprejem obeh koncev vrvi 6, in spodnji odsek 2b osnovnega elementa,

- os 4, ki je fiksno povezana s spodnjim delom zgornjega odseka 2a osnovnega elementa tako, da z zgornjim odsekom 2a osnovnega elementa v vzdolžnem prerezu tvori kot a,

- sučen element 5, ki je sučno, prednostno središčno nameščen na osi 4, in okrog katerega je speljana vrv 6, in

- pritisni element 7, prednostno valjast, ki je fiksno povezan z obodnim delom sučnega elementa 5 tako, da iz njega štrli navzgor, pri čemer os sučnega elementa 5 in os pritisnega elementa 7 oklepata kot β.

Sučen element 5 je prednostno valjaste oblike, lahko pa je tudi v obliki prisekanega stožca. Prav tako je lahko v prečnem prerezu tvorjen kot mnogokotnik (npr. kvadrat), a je v tem primeru prosto drsenje vrvi skozi vrvno zavorno napravo v neobremenjenem stanju oteženo. Sučni element 5 je lahko nameščen na osi 4 tudi ekscentrično, a bo v tem primeru zavorna sila večja, naprava pa bo zavirala statično brez zdrsa.

Vrvna zavorna naprava obsega drugo luknjo 8 za sprejem vponke 17, ki je po izbiri razmeščena na spodnjem delu spodnjega odseka osnovnega elementa ali pa na nosilcu, ki je razmeščen v osi omenjene osi 4. Nosilec je lahko izveden na poljuben znan konstrukcijski način. Lahko je prioblikovan osi, lahko je nameščen na omenjeni osi s pomočjo zatiča 11, ki poteka skozi to os ipd. Sučen element je lahko nameščen na osi z vmesno razmestitvijo drsne puše.

V delovnem položaju vrvne zavorne naprave 1 je vrv 6 speljana z zgornje strani skozi prvo luknjo 3, okrog sučnega elementa 5 in spet skozi prvo luknjo 3 s spodnje strani.

Vrvna zavorna naprava 1 lahko nadalje obsega kroglico 12, vzmet 13 in zaporni element 14, ki so razmeščeni v tretji skoznji luknji 15, ki je tvorjena v vzdolžni smeri pritisnega elementa 7. Kroglica 12, ki je obremenjena s pomočjo prednapete vzmeti 13, v neobremenjenem stanju vrvne zavorne naprave 1 ubira s četrto luknjo 16, kije tvorjena v konstrukcijskem delu, na katerem je razmeščen sučen element 5 in preprečuje prehitro aktiviranje vrvne zavorne naprave 1, tj. kadar vrv prosto drsi skozi napravo. Pri prostem drsenju vrvi skozi vrvno zavorno napravo je trenje med vrvjo 6 in sučnim elementom 5 ni veliko. Ko se hitrost vrvi skozi vrvno zavorno napravo v primeru padca, ali pregiba vrvi preko naprave, ko se vrv spusti iz roke, poveča, se poveča tudi trenje med vrvjo in sučnim elementom in slednji odrine kroglico 12 proti sili vzmeti 13 iz njenega blokiranega položaja. Sučni element 5 se zavrti okrog osi. Omenjeni mehanizem se aktivira ne zgolj v primeru sunkovite obremenitve, pač pa tudi v primeru, ko se hitrost vrvi skozi napravo povečuje postopno, kar je pomembno za varno delovanje naprave.

Zavorna sila je odvisna od objemnega kota γ vrvi. Večji kot je kot γ, večja je zavorna sila. Objemni kot vrvi določa razmerje med premerom d sučnega elementa 5 in širino a prve luknje 3. Na objemni kot γ vrvi in s tem na zavorno silo, ki z naraščanjem objemnega kota narašča eksponentno, vpliva tudi debelina vrvi. Tanjša vrv pomeni manjši objemni kot γ.

Končna odseka ob vzdolžni stranici zgornjega odseka 2a osnovnega elementa medsebojno oklepata kot ω.

Konstrukcijski parametri vrvne zavorne naprave se izberejo v odvisnosti od tega, kateri funkciji naprave želimo dati prednost, tj. odvisno od namena naprave.

En od izvedbenih primerov vrvne zavorne naprave 1 je, ko sta kota a in β enaka in znašata v bistvu 90°. Kot ω je v bistvu 180°. Pritisni element 7 se giblje vzporedno z notranjo ploskvijo osnovnega elementa 2. V odvisnosti od odmika b pritisnega elementa 7 od notranje ploskve osnovnega elementa in od debeline vrvi pritisni element 7 v obremenjenem stanju pritisne vrv 6 ob notranjo ploskev osnovnega elementa 2 ali ob rob prve luknje 3. Odmik b torej določa zavorno silo, kije odvisna od debeline vrvi. Taka izvedba vrvne zavorne naprave je primerna zlasti za uporabo kot zavora, pozicijska naprava ali blažilnik padca.

Drug od izvedbenih primerov vrvne zavorne naprave je, ko sta kota a in β enaka in sta med 60° in 90°, prednostno med 70° in 80°. Kot ω je dvakratnik kota β. Notranja ploskev osnovnega elementa je približek plašča prisekanega stožca, čigar središčnica je poravnana z osjo sučnega elementa 5 tako, da se pritisni element 7 giblje vzporedno z notranjo ploskvijo osnovnega elementa 2. V odvisnosti od odmika b pritisnega elementa 7 od notranje ploskve osnovnega elementa 2 in od debeline vrvi pritisni element 7 v obremenjenem stanju pritisne vrv 6 ob notranjo ploskev osnovnega elementa ali ob rob prve luknje 3. Tudi v tem primeru odmik b določa zavorno silo, ki je odvisna od debeline vrvi. Taka izvedba vrvne zavorne naprave 1 je po funkcionalnosti podobna prvi izvedbi le, da je oblikovno bolj dovršena in iz ergonomskega vidika primernejša za rokovanje. Primerna je zlasti za uporabo kot pozicijska naprava, zavora ali blažilnik padca.

Vrvna zavorna naprava 1 nadalje obsega omejilnik 21 sučnega gibanja sučnega elementa. Tvorjen je lahko kot štrleč element, razmeščen na osnovnem elementu, ob katerega se v obremenjenem stanju vrvne zavorne naprave nasloni pritisni element 7, s čimer se mu prepreči nadaljnje gibanje. Razumljivo je, daje omejilnik lahko tvorjen na poljuben konstrukcijski način.

Tretji izvedbeni primer vrvne zavorne naprave 1 je, ko je kota a večji od 90°, prednostno med 100° in 110°, in je kot β od 60° do 90°, prednostno 90°. Kot ω je od 90° do 180°, prednostno med 110° in 130°. Večji kot a pomeni večjo zavorno silo. V tem primeru se pritisni element 7 ne giblje vzporedno z notranjo ploskvijo osnovnega elementa. Med pritisnim elementom 7 in notranjo ploskvijo osnovnega elementa 2 se pri zasuku sučnega elementa 5 tvori klinast prostor, v katerem je ukleščena vrv 6, ki jo je treba zavreti. Pri tem izvedbenem primeru se klinast prostor prilagaja različnim debelinam vrvi. Zavorna sila se ohranja neodvisno od debeline vrvi. Taka izvedba vrvne zavorne naprave 1 je primerna za uporabo zlasti kot varovalo. Kadar se vrvna zavorna naprava uporablja kot varovalo, se kot optimalna kombinacija parametrov izkažeta izvedbi, pri katerih je α = 110°, β = 90° in ω =130° ali pa a - 110°, β = 80° in ω =120°. Pri taki konfiguraciji vrvne zavorne naprave se doseže dinamično zaviranje z zdrsom vrvi. Zagotovljena je samozapomost naprave, kar je pomembno za varnost. Na zavorno silo se lahko vpliva z ročnim zadrževanjem vrvi, pri čemer že majhna sila zadrževanja vrvi z roko močno poveča zavorno silo naprave. Debelina vrvi nima pomembnejšega vpliva na zavorno silo. To velja za debeline vrvi, ki se običajno uporabljajo pri varovalih, tj. od 7,5 mm do 11 mm, in pri zavorah od 10 mm do 13 mm.

Vrvna zavorna naprava 1 nadalje obsega omejilnik sučnega gibanja sučnega elementa. Tvorjenje lahko kot štrleč element, razmeščen na osnovnem elementu, ob katerega se v obremenjenem stanju vrvne zavorne naprave nasloni pritisni element 7, s čimer se mu prepreči nadaljnje gibanje. Razumljivo je, da je omejilnik lahko tvorjen na poljuben konstrukcijski način.

Za povečanje zavorne sile vrvne zavorne naprave je sučen element 5 na nasprotni strani od pritisnega elementa lahko opremljen s prvim odklonskim elementom 9, ki je glede na os sučnega elementa 5 razmeščen pod kotom δ. Prvi odklonski element 9 odkloni vrv 6, ki je speljana okrog sučnega elementa 5, v ravnini, prečni na os sučnega elementa, za razdaljo c od notranje ploskve spodnjega odseka 2b osnovnega elementa. Zavorna sila se še dodatno poveča, če je prvi odklonski element 9 tvorjen pod kotom tako, da je kot δ med osjo sučnega elementa 5 in osjo prvega odklonska elementa 9 manjši od 90°, prednostno med 60° in 80°. Naprava, opremljena s prvim odklonskim elementom 9, je primerna za uporabo kot pozicijska naprava, zavora ali blažilnik padca.

Alternativno lahko vrvna zavorna naprava obsega drugi odklonski element 18, ki je tvorjen integralno z osnovnim elementom, in sicer na notranji strani na zgornjem delu spodnjega odseka 2b osnovnega elementa. Drugi odklonski element 18 povzroči, daje vrv za razdaljo c odmaknjena od notranje ploskve spodnjega odseka 2b osnovnega elementa. Njegova funkcija je podobna, kot jo ima prvi odklonski element 9 v tem, da odklonski element določa lego vrvi v vrvni zavorni napravi in s tem pretočnost vrvi skozi napravo, vendar je zavorna sila v tem primeru manjša. Zavorna sila se še dodatno poveča, če je drugi odklonski element tvorjen pod kotom tako, da je kot δ med osjo sučnega elementa in prednjo ploskvijo drugega odklonska elementa manjši od 90°, prednostno med 60° in 80°.

Razdalja c vpliva na velikost zavorne sile, a tudi na pretočnost vrvi skozi vrvno zaporno napravo, ko je ta v neobremenjenem stanju. Izberemo jo torej v odvisnosti od želenih značilnosti vrvne zavorne naprave.

Naprava nadalje obsega razbremenilno ročico 25, ki je povezana s sučnim elementom 5 in omogoča nadzorovano razbremenitev vrvne zavorne naprave z roko v primeru spuščanja. Povezava je lahko neposredna ali preko vzvoda.

Na zgornjem koncu osnovnega elementa je lahko tvorjen utor 19 v vzdolžni smeri osnovnega elementa 2. Utor 19 služi sprejemu prostega konca vrvi 6. Vrv je lahko preko utora preganjena, s čimer se poveča zavorna sila pri nadzorovanem spuščanju plezalca in s tem izboljša nadzor zaviranja.

Naprava lahko nadalje obsega tudi ohišje, ki pa ni predmet tega izuma.

Claims (10)

1. Vrvna zavorna naprava (1), ki obsega:

- osnovni element (2) s prvo luknjo (3) za sprejem obeh koncev vrvi (6),

- os (4), kije fiksno povezana z osnovnim elementom (2),

- prednostno valjast pritisni element (7) in

- drugo luknjo (8) za sprejem vponke (17), značilna po tem, da

- je osnovni element (2) v bistvu ploščast in nadalje obsega zgornji odsek (2a) osnovnega elementa, in spodnji odsek (2b) osnovnega elementa, pri čemer je prva luknja (3) za sprejem obeh koncev vrvi razmeščena na zgornjem delu zgornjega odseka (2a) osnovnega elementa,

- je os (4) fiksno povezana s spodnjim delom zgornjega odseka (2a) osnovnega elementa tako, da z zgornjim odsekom (2a) osnovnega elementa v vzdolžnem prerezu tvori kot a,

- da vrvna zavorna naprava (1) nadalje obsega sučen element (5), ki je sučno, prednostno središčno nameščen na osi (4), in okrog katerega je speljana vrv (6),

- je pritisni element (7) fiksno povezan z obodnim delom sučnega elementa (5) tako, da iz njega štrli navzgor, pri čemer os sučnega elementa (5) in os pritisnega elementa (7) oklepata kot β, in

- končna odseka ob vzdolžni stranici zgornjega odseka (2a) osnovnega elementa medsebojno oklepata kot ω.

2. Vrvna zavorna naprava (1) po zahtevku 1, značilna po tem, da sta kota a in β enaka in znašata v bistvu 90°, pri čemer znaša kot ω v bistvu 180°.

3. Vrvna zavorna naprava (1) po zahtevku 1, značilna po tem, da sta kota a in β enaka in sta večja od 60° in manjša od 90°, prednostno med 70° in 80°, pri čemer je kot ω dvakratnik kota β.

4. Vrvna zavorna naprava (1) po zahtevku 1, značilna po tem, daje kota a večji od 90°, prednostno med 100° in 110°, kot β od 60° do 90°, prednostno 90°, in kot ω od 90° do 180°, prednostno med 110° in 130°.

5. Vrvna zavorna naprava (1) po katerem koli od predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da nadalje obsega kroglico 12, vzmet 13 in zaporni element 14, ki so razmeščeni v tretji skoznji luknji 15, ki je tvorjena v vzdolžni smeri pritisnega elementa 7, pri čemer kroglica (12), ki je obremenjena s pomočjo prednapete vzmeti (13), v neobremenjenem stanju vrvne zavorne naprave (1) ubira s četrto luknjo 16.

6. Vrvna zavorna naprava (1) po katerem koli od predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da nadalje obsega prvi odklonski element (9), ki je razmeščen na sučnem elementu (5) na nasprotni strani od pritisnega elementa (7), in ki je glede na os sučnega elementa (5) razmeščen pod kotom δ.

7. Vrvna zavorna naprava (1) po katerem koli od zahtevkov od 1 do 5, značilna po tem, da nadalje obsega drugi odklonski element (18), ki je tvorjen integralno z osnovnim elementom (2), in sicer na notranji strani na zgornjem delu spodnjega odseka (2b) osnovnega elementa, pri čemer je prednja ploskev drugega odklonska elementa (18) glede na os sučnega elementa (5) razmeščena pod kotom δ.

8. Vrvna zavorna naprava (1) po zahtevku 6 ali 7, značilna po tem, daje kot δ manjši od 90°, prednostno med 60° in 80°.

9. Vrvna zavorna naprava (1) po katerem koli od predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da nadalje obsega omejilnik (21) sučnega gibanja sučnega elementa (5).

10. Vrvna zavorna naprava (1) po katerem koli od predhodnih zahtevkov, značilna po tem, da nadalje obsega razbremenilno ročico (25), kije povezana s sučnim elementom (5).