TWI462864B - 具有一般ｃ形截面且界定內部一般ｔ形槽之扶手 - Google Patents
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Description
本案一般係關於電扶梯、活動走道和類似輸送裝置之扶手領域。
Weatherall等人的美國專利第6,237,740號揭示一種電扶梯、活動走道和其他輸送裝置用之活動扶手構造，具有一般C形截面，並界定內部一般T形槽。扶手係由壓出形成，包括第一層熱塑性材料，繞T形槽延伸。第二層熱塑性材料繞第一層外側延伸，並界定扶手的外部擠型。滑片層內襯於T形槽，結合於第一層。拉伸抑制器在第一層內延伸。第一層係由比第二層硬的熱塑性材料形成，已知可賦予唇緣有改進性能，以及直線驅動之改進驅動特性。
本案提供的扶手，具有一般C形截面，並界定內部一般T形槽，扶手包括：熱塑性材料，繞T形槽延伸，界定半圓形唇緣部，具有一般對立之端壁，並界定扶手之外部擠型；滑片層，內襯於T形槽，結合於熱塑性材料；以及纜索陣列，用以抑制拉伸，纜索陣列由熱塑性材料內沿中心平面設置的複數縱向纜索組成，其中纜索陣列的外側纜索相對於唇緣部之端壁向內偏。
複數纜索的直徑各0.5-2mm，纜索陣列寬度30-35mm，間距1.5-2mm。
滑片層含邊緣部，伸出T形槽外，圍繞唇緣部之端壁。
本案提供另一扶手，具有一般C形截面，界定內部一般T形槽。扶手包括第一層熱塑性材料，繞T形槽延伸，界定半圓形唇緣部之內壁；第二層熱塑性材料，繞第一層外側延伸，界定扶手之外部擠型，和唇緣部之一般對立端壁；滑片層，內襯於T形槽，結合於第一層；以及拉伸抑制器，沿第一層內之平面設置。
第一層厚度繞唇緣部斜縮，可實質上在T形槽的底面以下延伸。第一層可沿唇緣部的內壁為止。扶手可包括T形槽以上之上部，在上部內的第一層比第二層厚。第一層包括扶手在上部內厚度之至少60%。上部厚度大約10mm，而第一層至少6mm厚。
第一層由比第二層更硬的熱塑性材料製成。第一層硬度在40-50 Shore D範圍，第二層硬度在70-80 Shore A範圍，而滑片層模數為150-250MPa。
滑片層包含邊緣部，伸出T形槽外，並繞唇緣部之內壁延伸。
本案提供又一扶手，具有一般C形截面，並界定內部一般T形槽，扶手包括：第一層熱塑性材料，繞T形槽延伸，界定半圓形唇緣部之內壁；第二層熱塑性材料，繞第一層外側延伸，界定扶手的外部擠型，和唇緣部之一般對立端壁；滑片層，內襯於T形槽，結合於第一層；和纜索陣列，供抑制拉伸，纜索陣列由第一層內沿中心平面配置的複數縱向纜索組成，其中纜索陣列中的外側纜索相對於唇緣部之端壁向內偏。
本案提供再一扶手，具有一般C形截面，界定內部一般T形槽，扶手包括：第一層熱塑性材料，繞T形槽延伸；第二層熱塑性材料，繞第一層外側延伸，界定扶手之外部擠型；滑片層，內襯於T形槽，結合於第一層；以及纜索陣列，供抑制拉伸，纜索陣列由第一層內沿中心平面配置的複數纜索組成，其中縱向纜索各含複數較大外柱，和複數較小內柱。
各纜索外徑約1.15mm。各纜索由6外股和3內股組成。外股直徑大約0.36mm。內股直徑大約0.2mm。纜索由高拉力鋼形成，可以鍍黃銅。
具有一般C形截面且界定內部一般T形槽之電扶梯扶手包括：第一層熱塑性材料，繞T形槽延伸，界定半圓形唇緣部之內壁；第二層熱塑性材料，繞第一層外側延伸，界定扶手之外部擠型，和唇緣部之一般對立端壁；滑片層，內襯於T形槽，並結合於第一層；以及纜索陣列，供抑制拉伸，纜索陣列係由第一層內沿中心平面配置的複數縱向纜索組成，其中纜索陣列之外側纜索相對於唇緣部之端壁向內偏，又其中縱向電纜各含複數較大外柱和複數較小內柱。
本案教示之上述和其他特點，在本案內加以說明。
茲參照附圖提供一或以上具體例，加以詳述。
以下說明諸裝置和方法，提供各項所請求發明之具體例。下述具體例不限制任何所請求之發明，而任何請求之發明可涵蓋以下未提及之裝置或方法。所請求之發明不限於具有下述任一裝置或方法全部特徵，或下述許多或全部裝置共同特徵之裝置或方法。一或以上之發明可為下述或本案其他部份敘述的裝置元件或方法步驟之組合或副組合。下述裝置或方法可以不是任何所請求發明之具體例。本申請人、發明人和/或所有權人保存以下所述但在本案未請求的裝置或方法內所揭示任何發明之權利，且不放棄、棄權或奉獻本案內容之任何發明。
第1圖表示此種已知扶手構造之例。扶手10包含拉伸抑制器12，在此所示為縱向鋼纜之陣列，亦可改用鋼片、或其他適用之拉力元件。如圖所示，拉伸抑制器12可供埋設於第一層或內層14，亦可利用適當粘膠粘著。內層14可由較硬熱塑性材料形成，而外層16可由較軟熱塑性材料形成。二層14,16彼此在界面直接結合，形成熱塑性體。T形槽以滑片布18為內襯。滑片布可為具有適當組織之棉或合成材料。
本案教示係關於改良之扶手造型，可量在屈曲狀況下不同材料和諸層之動力和互動。
參見第2圖，改進扶手構造之例概括以20標示。扶手20包含纜索陣列22，做為拉伸抑制器，詳後。扶手在T形槽24周圍，含有滑片26，結合於至少第一層或內層28。滑片26包含端部，朝第一層的肋條向下圍繞包裹。內層28包括上部或腹板32，呈一般均勻厚度，連續到二半圓形唇緣部34。相對地，外層30亦包括上部或腹板38，呈一般均勻厚度，連續到二半圓形唇緣部40。唇緣部34包含內壁42，唇緣部34到一般對立端壁36為止。各端壁包含內緣44和外緣46。
二層28,30有不同特性或硬度。在若干例中，外層30是比內層28為柔軟級之熱塑性材料。二層的性能舉例如表1所示。
內層28較硬，一般較剛性，可用來維持唇緣維度，即跨越T形槽24底部的間隔。內層28亦可用來保護拉伸抑制器22，在此情況下，纜索陣列內具有鋼纜，可利用粘膠層提供此等纜索和內層28熱塑性材料間之結合。各纜索包括許多個別鋼線或股，整體直徑例如在0.5-2mm範圍。
須知扶手典型上不具有平坦頂面，而是常常有凸曲面。許多商業上的運送裝置，尤指電扶梯，利用逆向彎曲驅動，往特定方向推動無端扶手。在緊密逆向彎曲驅動狀況下(例如半徑275mm或以下)，纜索陣列內之外纜索，在逆向彎曲時會被逼出中性軸線外，因為唇緣部或扶手彎曲頂面或二者之故，而中間纜索一般仍保留在同樣平面。外纜索被推離中性屈曲平面時，就會發生翹曲。即使只經少數屈曲後，此項翹曲會斷裂，視逆向彎曲半徑和滑片模數而定。
在某些例中，拉伸抑制器22可設置於第一層28內之中心平面，而纜索陣列之末端纜索則相對於唇緣部34向內偏。易言之，扶手20有較窄的纜索陣列22。此特點試比較第1和2圖即可清楚。操作上，末端纜索48與唇緣應力區隔離，於屈曲之際會影響外纜索48保持中性平面之能力，使外纜索翹曲機會較少，詳後。
參見第3圖，改進扶手構造之另一例以60概括標示。為簡化起見，同樣組件賦予和第2圖同樣的參考數字，而該組件之說明即從略。
在裝置60中，內層28繞T形槽24延伸，界定半圓形唇緣部62之內壁。內層28a繞唇緣部62斜縮，沿唇緣部62的內壁64為止。相對地，外層30有半圓形端部68，厚度朝端壁66遞增。如此可補償內層28a的斜縮。如第3圖所示，內層28a最好不在T形槽24的底面L以下延伸，底面L是在界定T形槽24上部底的滑片布14以下。
須知內層28a此項造型(例如比第二層30堅硬25%，模數比第二層30的材料高)，在逆向彎曲驅動負載下，使內層28a從應變位置較少受到應變位置移動。此項變化造成整體彎曲模數較低，唇緣強度稍低或不變。此項造型在循環負載狀況下，也會提高疲勞故障壽命。
參見第4圖，改進扶手構造之另一例，以80概括標示。扶手80基本上為扶手20,60的混雜組合。易言之，扶手80特點為：(i)較窄的纜索陣列，(ii)斜縮的內層，不在T形槽底面以下延伸。
進行有限元件分析(FEA)和物理測試，檢驗各種扶手的行為，尤其是在若干屈曲狀況下。一項測試是1m扶手的三點逆向彎曲變形(扶手寬80mm，有45mm寬的纜索陣列，包括20條纜索)，由分開615mm的二支柱加以支持；使用直徑50mm的圓件，在與圓筒形支柱大約等距離處，把扶手變形100mm。
使用FEA模式按照上述參數模擬三點逆向彎曲。第5圖為習知扶手斷面圖，顯示變形下的Von Mises應力。如圖所示，在拉力和彎曲負載下，纜索陣列經歷到最高彎曲應力(如黑影所示)，接著是滑片，然後是熱塑性層。
FEA模式導致發現滑片層於逆向彎曲應力場景下，是扶手模數單一最高影響因數。因此，宜在滑片層未形成前加以預處理，使拉力減到最小。滑片層預處理方法和裝置例，載於本申請人美國專利暫時申請案第60/971,156號(2007年9月10日申請)〈壓出式複合扶手之滑片層預處理方法和裝置〉，以及相對應PCT申請案(2008年9月10日申請)，二者全文內容於此列為參考。
第6圖是由FEA模式在無扶手拉力所得之結果。此圖表示扶手的諸組件對總體扶手剛性之貢獻。有和無滑片的扶手按照上述參數經測試，確認滑片為扶手剛性之主要貢獻因素(第7圖)。在此測試中，正規扶手經有和無滑片之100mm變形(一完整循環)。曲線圖表示無滑片之扶手在逆向彎曲時剛性小很多。
基於此項發現，宜用較低模數之滑片。較低模數滑片降低逆向彎曲時之扶手剛性，亦改進扶手內之總體Von Mises應力，因而改進產品之疲勞壽命。滑片層進行扶手彎曲時之拉力負載，故要慎選模數值，以低總體扶手彎曲模數提供充分結構性強度。FEA研究顯示，模數大約150-250MPa的滑片，適於上述造型之扶手，知在大部份電扶梯單位中屈曲時，對滑片層之最大應變提高6%。
進一步發展FEA模式，以明瞭扶手複合體大部份在逆向彎曲中的行為，亦借助測試求證方法。此等分析顯示雖然在現時扶手造型中的鋼纜，在逆向彎曲剛性中貢獻19%，但視特殊變形狀況，諸如逆向彎曲半徑和滑片拉伸量，有可能提高。較大變形時，唇緣開始移動末端纜索，強制其移出其餘纜索的平面。造成較高的終極彎曲模數，在嚴重彎曲下，造成最外纜索翹曲。鋼纜有較硬傾向，硬度例如達67 Rockwell C-Scale，故較容易翹曲。在某些條件下，諸如當扶手逆向彎曲，而外表面未受到滑輪或驅動輥支持時，此現象會更顯著，扶手在運轉中可能在電扶梯上脫軌。在此狀況下，若扶手外表面未受支持，唇緣部對外纜索會施加過份應力，造成很快翹曲。
為免最外纜索在嚴重屈曲狀況下的翹曲現象，造成(a)潛在纜索故障，和(b)較高彎曲剛性，乃進行FEA研究，檢討對本發明要旨擬議的特殊解決方案，亦即把纜索陣列窄化，使外纜索相對於唇緣部向內偏。此舉可藉複合結構中纜索陣列內之纜索間距減小，維持同樣纜索數達成之。
舉例而言，已知扶手包括一種纜索陣列，有20條縱向纜索，纜索間距2.3mm，形成45mm寬的纜索陣列。模式是以1.65mm間距，賦予33mm寬的纜索陣列而發展出來。此項研究顯示在纜索翹曲行為和以較短間距降低整體扶手彎曲剛性兩方面，均有重大改進。尤其是發現對33mm纜索陣列的扶手，比45mm纜索陣列的扶手，在同樣狀況下，欲達成逆向彎曲半徑250mm，減少約15%力量。此等結果亦由測試證實，而具有寬度較窄纜索陣列之扶手，顯示逆向彎曲剛性較低。
具有45mm寬纜索陣列和33mm寬纜索陣列二者扶手，在類似狀況下變形時，在FEA模式斷面可見到較高Von Mises和外纜索運動。如第8A和8B圖所示，45mm纜索陣列(第8A圖)中的外纜索，比33mm纜索陣列(第8B圖)中的外纜索，有較高的彎曲應力(黑影區)。把外纜索移開唇緣應力線，大為影響屈曲時外纜索維持其原有平面的能力，故減少外纜索翹曲的機會。
另進行FEA研究，檢查在嚴重屈曲狀況下，二層熱塑性材料之位置和比率。如上所述，內層延伸或到達唇緣部端壁之習知扶手設計，會造成優良的唇緣強度，但導致在扶手的唇緣部有較高應變和整體較高彎曲應力。以本發明特殊要旨而言，此項改進是將內層重新造型所致，使其沿唇緣部內壁斜縮和終止，不在T形槽的底面以下。
參見第9圖，在應力圖(未顯示滑片)可見扶手設計的斷面造型之修改。此項混雜模式描示左邊是習知扶手設計，右邊是改進扶手，改進扶手含有窄化的纜索陣列(寬度33mm)，以及改進之第一和第二層擠型。圖示為Von Mises應力在習知扶手設計的唇緣部之較高分佈，以比改進唇緣部內同區較深的顏色表示。
此外，須知對扶手效能重要的另一特點，是唇緣部的半徑。本發明人等發現，透過FEA分析，較小的唇緣部半徑，與扶手彎曲之際增加剛性有關，也會產生高應力。因此，在決定扶手設計時，宜增加而非減少唇緣部的內、外半徑。例如，對80mm寬扶手而言，適用內半徑約2.0mm而外半徑約2.0-2.25mm的唇緣部。
參見第10圖，在電扶梯驅動機制試驗架上，進行動態扶手測試，包含267mm半徑逆向彎曲，以高速(大約255m/min)運轉。進行此等試驗，求證對扶手設計之修改。測試扶手A和B代表習知設計(80mm寬，含45mm寬纜索陣列，包括20條纜索；內層延伸至唇緣部的端壁)，測試扶手C和D代表修改設計(80mm寬，含33mm寬纜索陣列，包括20條纜索；內層沿唇緣部的內壁斜縮和終止，不在T形槽的底面以下；滑片層模數為200-250MPa)。
如圖所示，修改設計C和D顯示優越效能，扶手可達成最少200萬次循環，沒有故障。
典型纜索截面造型例，如第11A圖所示。此等習知鋼纜包括小型的個別股，例如"7+4"圖型，會遭遇橡膠/熱塑性材料/粘膠滲透不良。一般問題是，若個別線不以橡膠、熱塑性材料、粘膠等加以保護或彼此遮蔽，會發生磨損或腐蝕。一旦發生磨損或腐蝕，扶手會有不良收縮，導致扶手故障。
第11B圖表示拉伸抑制器，具有特別的截面造型。圖示"3+6"形態，包括鋼纜之大外股和小內股。此造型容許橡膠、熱塑性材料、粘膠等滲透良好。例如，以上述扶手構造而言，第一層熱塑性材料可實質上滲透並保護纜索，而高粘性造成產品可耐長度變化。此項滲透是在促進熱塑性材料滲透入個別股間的空隙內之適當壓力狀況下，把熱塑性材料和鋼纜一起壓出而達成。熱塑性扶手壓出方法和裝置例，載於本申請人2007年9月10日申請的美國專利暫時申請案第60/971,152號(熱塑性扶手之壓出方法和裝置〉，及2008年9月10日提出的相對應PCT申請案，二者全文均於此列入參考。
下表2提供截面如第11B圖所示適當拉伸抑制器的規格例。符合此等規格例之適當纜索，可從比利時Kortrijk市的Bekaert SA取得。
凡精於此道之士均知，此處所述一或以上具體例可有其他變化，可以實施，不違本發明申請專利範圍。
10．．．扶手
12．．．拉伸抑制器
14．．．內層
16．．．外層
18．．．滑片布
20．．．扶手
22．．．纜索陣列
24．．．T形槽
26．．．滑片
28．．．第一層或內層
30．．．外層
32．．．上部或腹板
34．．．半圓形唇緣部
36．．．對立端壁
38．．．上部或腹板
40．．．半圓形唇緣部
42．．．唇緣部內壁
44．．．端壁內緣
46．．．端壁外緣
48．．．末端纜索
60．．．扶手
28a．．．內層
62．．．唇緣部
64．．．唇緣部內壁
66．．．端壁
68．．．半圓形端部
L．．．底面
80．．．扶手
第1圖為已知扶手之斷面圖；
第2圖為修改扶手之斷面圖；
第3圖為另一修改扶手之斷面圖；
第4圖為又一修改扶手之斷面圖；
第5圖為已知扶手斷面圖，表示按照有限元件分析之模擬應力；
第6圖為扶手組件在逆向彎曲狀況下對總體扶手剛性貢獻之說明圖；
第7圖為有和無滑片布的扶手在逆向彎曲時剛性之曲線圖；
第8A和8B圖分別為具有45和33mm纜索陣列的扶手斷面圖，顯示模擬之應力；
第9圖為修改扶手之斷面圖，表示模擬之應力；
第10圖為動態扶手測試結果之說明曲線圖；
第11A和11B圖表示纜索結構之斷面圖。
80．．．扶手
Claims (16)
- 一種具有一般C形截面且界定內部一般T形槽之扶手，包括：a)第一層熱塑性材料，繞T形槽延伸，界定半圓形唇緣部之內壁，其中第一層熱塑性材料厚度繞唇緣部斜縮，其中第一層熱塑性材料沿唇緣部之內壁為止，又其中第一層熱塑性材料延伸到但實質上不在T形槽底面以下延伸；b)第二層熱塑性材料，繞第一層熱塑性材料外側延伸，並界定扶手之外部擠型，和唇緣部之一般對立之端壁，其中第一層熱塑性材料是由比第二層熱塑性材料為硬的熱塑性材料形成；c)滑片層，內襯於T形槽，結合於第一層熱塑性材料；以及d)纜索陣列，以抑制拉伸，纜索陣列由第一層熱塑性材料內沿中心平面配置之複數縱向纜索組成，其中纜索陣列內之外側纜索相對於唇緣部之端壁向內偏者。
- 如申請專利範圍第1項之扶手，其中纜索陣列寬度為30至35mm者。
- 如申請專利範圍第2項之扶手，其中纜索陣列間距為1.5至2mm者。
- 如申請專利範圍第1項之扶手，其中滑片層包含邊緣部，伸出T形槽外，並繞唇緣部的端壁延伸者。
- 如申請專利範圍第1項之扶手，其中扶手包括T形槽以上之上部，而在上部內，第一層較第二層為厚者。
- 如申請專利範圍第5項之扶手，其中第一層包括上部內扶手厚度至少60%者。
- 如申請專利範圍第5項之扶手，其中上部厚度約10mm，而第一層至少6mm厚者。
- 如申請專利範圍第1項之扶手，其中第一層硬度在40 至50 Shore D範圍者。
- 如申請專利範圍第8項之扶手，其中第二層硬度在70至85 Shore A範圍者。
- 如申請專利範圍第1項之扶手，其中滑片層彈性模數為150至250MPa者。
- 如申請專利範圍第1至10項任一項之扶手，其中各長形纜索包含複數較大外柱和複數較小內柱者。
- 如申請專利範圍第11項之扶手，其中各纜索外徑大約1.15mm，由6外柱和3內柱組成者。
- 如申請專利範圍第12項之扶手，其中外柱直徑約0.36mm者。
- 如申請專利範圍第13項之扶手，其中內柱直徑約0.2mm者。
- 如申請專利範圍第11項之扶手，其中纜索係由高拉力鋼形成，或鍍黃銅者。
- 一種具有一般C形截面且界定內部一般T形槽之扶手，包括：a)第一層熱塑性材料，繞T形槽延伸，界定半圓形唇緣部之內壁；b)第二層熱塑性材料，繞第一層外側延伸，並界定扶手的外部擠型，以及唇緣部之一般對立端壁；c)滑片層，內襯於T形槽，並結合於第一層；以及d)纜索陣列，以抑制拉伸，纜索陣列係由第一層內沿中心平面配置的複數縱向纜索組成，其中纜索陣列之外側纜索相對於唇緣部之端壁向內偏，又其中各縱向纜索含複數較大外柱和複數較小內柱者。
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