DE102010042357B4 - Semi-truck system - Google Patents
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Abstract
Lastzugsystem mit wenigstens einem Riemen (10), an welchen eine Zuglast angelegt ist, welcher eine Matrix (20) und eine in die Matrix (20) eingebettete lasttragende Faserstruktur (22) mit mehreren Fasern (24) umfasst und welcher so um wenigstens eine Umlenkungseinrichtung (12) herum geführt ist, dass er einen gekrümmten Abschnitt (16) im Bereich der Umlenkungseinrichtung (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstruktur (22) eine oder mehrere Kohlenstofffasern (24) umfasst und die Dimensionierung des Riemens (10) und die angelegte Zuglast derart aneinander angepasst sind, dass in dem gekrümmten Abschnitt (16) des Riemens (10) eine Spannungsnulllinie (28) des Riemens (10) gegenüber einer Mittellinie der lasttragenden Faserstruktur (22) um einen Betrag von wenigstens 25% der Dicke (d) der lasttragenden Faserstruktur (22) in Krümmungsrichtung radial nach innen verschoben ist, wobei die Faserstruktur (22) eine Dicke (d) aufweist, die weniger oder gleich dem 0,008-fachen eines Krümmungsradius des Riemens (10) in dem gekrümmten Abschnitt (16) beträgt.A trailer haulage system comprising at least one belt (10) to which is applied a tension load comprising a matrix (20) and a load-bearing fibrous structure (22) having a plurality of fibers (24) embedded in the matrix (20) and which thus at least one deflection device (12) is guided such that it has a curved section (16) in the region of the deflection device (12), characterized in that the fiber structure (22) comprises one or more carbon fibers (24) and the dimensions of the belt (10) and the applied tensile load is adapted to each other such that in the curved portion (16) of the belt (10) there is a zero tension line (28) of the belt (10) opposite a center line of the load-bearing fiber structure (22) by at least 25% of its thickness ( d) the load-bearing fiber structure (22) is displaced radially inwardly in the direction of curvature, wherein the fiber structure (22) has a thickness (d) which is less than or equal to 0.008 times ei The radius of curvature of the belt (10) in the curved portion (16) is.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lastzugsystem, z. B. Aufzugsystem, mit wenigstens einem Riemen, an welchen eine Zuglast angelegt ist, und mit wenigstens einer Umlenkungseinrichtung, um die herum der Riemen geführt ist.The present invention relates to a truck-trailer system, e.g. As elevator system, with at least one belt, to which a tensile load is applied, and with at least one deflection device, around which the belt is guided.
Ein Lastzugsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der
In ”Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau”, 17. Auflage, ISBN 3-540-52381-2, Seiten G101 bis G102, sind allgemein die Kräfte beschrieben, die bei der Verbiegung eines Mehrschicht-Flachriemens auftreten. In ”Maschinenelemente, Gestaltung und Berechnung”, 10. Auflage, ISBN 3-446-15512-0, Kapitel 26.8, sind Methoden zur Berechnung von Antrieben mit Extremultus-Mehrschichtriemen und Habasit-Mehrschichtriemen offenbart. In ”Zahnriemengetriebe, Eigenschaften, Normung, Berechnung, Gestaltung”, ISBN 978-3-446-41380-1, Kapitel 8, werden das Verschleißverhalten und die Lebensdauer von Zahnriemen untersucht, welche während eines Riemenumlaufs eine Zug- und Biegebelastung erfahren. Die
Bei bekannten Lastzugsystemen mit Riemen, in denen kompressionsempfindliche Fasern verwendet werden, wird üblicherweise eine verhältnismäßig geringe Lebensdauer der Riemen beobachtet, was ein gewisses Risiko in sicherheitsrelevanten Anwendungen, wie z. B. bei Personenaufzugsystemen, darstellt.Conventional belt tensioning systems employing compression sensitive fibers typically have observed a relatively short belt life, which poses a degree of risk in safety related applications, such as e.g. B. in passenger lift systems, represents.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung eines Lastzugsystems, welches langfristig zuverlässig und sicher arbeitet.The object of the present invention is therefore to provide a truck-trailer system which operates reliably and safely in the long term.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Lastzugsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Lastzugsystem, welches beispielsweise ein Aufzugsystem sein kann, umfasst wenigstens einen Riemen, an welchen eine Zuglast angelegt ist, welcher eine Matrix und eine in die Matrix eingebettete lasttragende Faserstruktur mit mehreren Kohlenstofffasern umfasst und welcher so um wenigstens eine Umlenkungseinrichtung herum geführt ist, dass er einen gekrümmten Abschnitt im Bereich der Umlenkungseinrichtung aufweist. Erfindungsgemäß sind die Dimensionierung des Riemens und die angelegte Zuglast derart aneinander angepasst, dass in dem gekrümmten Abschnitt des Riemens eine Spannungsnulllinie des Riemens gegenüber einer Mittellinie der lasttragenden Faserstruktur um einen Betrag von wenigstens 25% der Dicke der lasttragenden Faserstruktur in Krümmungsrichtung radial nach innen verschoben ist, wobei die Dicke der Faserstruktur weniger oder gleich dem 0,008-fachen des Krümmungsradius des Riemens in dem gekrümmten Abschnitt beträgt.According to the invention, this object is achieved by a truck-trailer system having the features of patent claim 1. The load-train system according to the invention, which may for example be an elevator system, comprises at least one belt to which a tensile load is applied which comprises a matrix and a load-bearing fiber structure embedded in the matrix with a plurality of carbon fibers and which is guided around at least one deflection device it has a curved section in the region of the deflection device. According to the invention, the belt sizing and applied tensile load are adapted to one another such that in the curved portion of the belt, a zero tension line of the belt is shifted radially inwardly relative to a centerline of the load-bearing fiber structure by at least 25% of the thickness of the load-bearing fiber structure in the direction of curvature wherein the thickness of the fiber structure is less than or equal to 0.008 times the radius of curvature of the belt in the curved portion.
Unter der lasttragenden Faserstruktur wird hier die Anordnung derjenigen Fasern verstanden, welche die an den Riemen angelegte Zuglast aufnehmen und somit letztlich die Zugbelastbarkeit des Riemens definieren. Die lasttragende Faserstruktur kann dabei mehrere Faser-Unterstrukturen umfassen, wie nachstehend noch erläutert wird. Wenn hierin von der Faserstruktur oder den Fasern die Rede ist, ist damit die lasttragende Faserstruktur bzw. sind die Fasern der lasttragenden Faserstruktur gemeint.The load-bearing fiber structure is understood to mean the arrangement of those fibers which absorb the tensile load applied to the belt and thus ultimately define the tensile load capacity of the belt. The load-bearing fiber structure may comprise a plurality of fiber substructures, as will be explained below. When referring to the fibrous structure or fibers herein, it is meant the load-bearing fibrous structure or fibers of the load-bearing fibrous structure.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die reduzierte Lebensdauer eines Fasern aufweisenden Riemens insbesondere damit zusammenhängt, dass im Bereich der Umlenkungseinrichtung eine Krümmung des Riemens derart erfolgt, dass auf die weiter innen liegenden Fasern eine Druckspannung wirkt. Durch diese Druckspannung werden die innen liegenden Fasern komprimiert und die Stabilität dieser Fasern und somit des Riemens insgesamt beeinträchtigt. Insbesondere besteht die Gefahr, dass Fasern innerhalb des Riemens geknickt werden. Die Kompression der innen liegenden Fasern hat folglich einen negativen Einfluss auf die Langzeitstabilität des Riemens und auf die langfristige sichere Funktion des Lastzugsystems als Ganzes.The invention is based on the finding that the reduced service life of a belt having fibers is associated, in particular, with a bending of the belt in the region of the deflection device such that a compressive stress acts on the fibers located further inside. By this compressive stress, the internal fibers are compressed and the stability of these fibers and thus of the belt is impaired overall. In particular, there is a risk that fibers within the belt will be kinked. The compression of the internal fibers therefore has a negative impact on the long-term stability of the belt and on the long-term safe operation of the truck-trailer system as a whole.
Der allgemeine Erfindungsgedanke besteht nun darin, die Spannungsnulllinie des Riemens in dem gekrümmten Abschnitt durch eine geeignete Dimensionierung von Riemen und angelegter Zuglast soweit wie möglich in Krümmungsrichtung radial nach innen zu verschieben. Die Spannungsnulllinie definiert den Bereich des Riemens, an dem sich Zugspannungen und Druckspannungen in dem Riemen gerade aufheben. Die Spannungsnulllinie teilt somit die Querschnittsfläche des Riemens in einen unter Druckspannung stehenden Bereich und einen unter Zugspannung stehenden Bereich auf. Durch die Verschiebung der Spannungsnulllinie radial nach innen wird folglich der Anteil der in dem gekrümmten Abschnitt des Riemens komprimierten, d. h. unter Druckspannung stehenden Fasern minimiert.The general idea of the invention now is to measure as far as possible the tension zero line of the belt in the curved section by suitably dimensioning the belt and the applied tensile load possible to move in the direction of curvature radially inwards. The zero voltage line defines the area of the belt where tensile and compressive stresses in the belt are just canceling. The voltage zero line thus divides the cross-sectional area of the belt into a region under compressive stress and a region under tension. Consequently, the displacement of the voltage zero line radially inwardly minimizes the proportion of the fibers compressed in the curved section of the belt, that is to say under compressive stress.
Idealerweise sollte keine der Fasern der lasttragenden Faserstruktur in dem gekrümmten Abschnitt komprimiert sein, d. h. die Spannungsnulllinie sollte am krümmungsinneren Rand der Faserstruktur oder noch weiter innen verlaufen. Es wurde jedoch festgestellt, dass ein geringer Anteil von krümmungsinnenseitig der Spannungsnulllinie liegenden komprimierten Fasern toleriert werden kann, da der durch die wenigen komprimierten Fasern hervorgerufene Riemenverschleiß dann so gering ausfällt, dass die langfristige Zugstabilität des Riemens zumindest nicht wesentlich beeinträchtigt wird.Ideally, none of the fibers of the load-bearing fibrous structure should be compressed in the curved section, i. H. the voltage zero line should be at the inside curvature edge of the fiber structure or further inside. It has been found, however, that a small amount of compressed inside of the tension-zero-lying compressed fibers can be tolerated because the belt wear caused by the few compressed fibers is so low that the long-term tensile stability of the belt is at least not significantly affected.
Um eine in Bezug auf die Dicke der Faserstruktur ausreichende Verschiebung der Spannungsnulllinie nach innen zu bewirken, kann ein dünnerer Riemen verwendet werden, wobei die erforderliche Tragfähigkeit des Riemens gleichzeitig durch eine entsprechende Erhöhung der Riemenbreite gewährleistet werden kann. Die Reduzierung der Riemendicke bewirkt, dass auch im gekrümmten Abschnitt des Riemens der überwiegende Teil der lasttragenden Fasern unter Zugspannung steht.In order to effect a sufficient inward displacement of the voltage zero line with respect to the thickness of the fiber structure, a thinner belt may be used, while at the same time the required load capacity of the belt may be ensured by a corresponding increase in belt width. The reduction of the belt thickness causes that even in the curved portion of the belt, the majority of the load-bearing fibers is under tension.
Die Erfindung sieht für eine dauerhaft zuverlässige Funktion des Riemens in kontraintuitiver Weise also keine Verwendung von dickeren Riemen bei größeren Zuglasten vor, sondern vielmehr eine dünnere – und gegebenenfalls breitere – Ausgestaltung des Riemens, die dazu führt, dass ein möglichst geringer Anteil von Fasern in einem gekrümmten Riemenabschnitt unter einer Druckspannung steht. Alternativ oder zusätzlich kann eine zusätzliche Zuglast an den Riemen angelegt und/oder der Rollendurchmesser der Umlenkungseinrichtung angeglichen werden.The invention therefore provides for a permanently reliable operation of the belt in a counter-intuitive manner, no use of thicker belt for larger tensile loads, but rather a thinner - and possibly wider - embodiment of the belt, which causes the smallest possible proportion of fibers in one curved belt section is under a compressive stress. Alternatively or additionally, an additional tensile load can be applied to the belt and / or the roller diameter of the deflection device can be adjusted.
Die Verschiebung der Spannungsnulllinie in dem gekrümmten Abschnitt lässt sich abhängig von den Eigenschaften des Lastzugsystems wie nachfolgend beschrieben berechnen. Es wird für das nachfolgende Beispiel ein symmetrischer Riemen angenommen, bei dem die Mitte der Faserstruktur mit der Mitte des Riemens übereinstimmt und der über eine Umlenkrolle mit konstantem Radius um 180° umgelenkt wird.The displacement of the voltage zero line in the curved section can be calculated as described below depending on the characteristics of the truck-trailer system. For the example below, a symmetrical belt is assumed in which the center of the fiber structure coincides with the center of the belt and which is deflected by 180 ° via a constant radius deflection roller.
Über den Umlenkungswinkel von 180° betrachtet ergibt sich ein Längenunterschied Ad zwischen der am weitesten krümmungsaußenseitig gelegenen Faser und der am weitesten krümmungsinnenseitig gelegenen Faser der Faserstruktur zu
Die entsprechende Dehnung εb der äußersten und innersten Faser ergibt sich daraus zu wobei rRolle der Außenradius der Rolle ist und α der halbe Umschlingungswinkel des Riemens um die Rolle ist, d. h. in diesem Beispiel α = 90°.The corresponding strain ε b of the outermost and innermost fiber results from this where r roller is the outer radius of the roller and α is the half wrap angle of the belt around the roller, ie α = 90 ° in this example.
Die durch die Biegung hervorgerufene Spannung σb der innersten und äußersten Faser ergibt sich daraus zu
Die in der äußersten und innersten Faser insgesamt wirksame Spannung σeff ergibt sich durch eine Überlagerung der durch die Biegung hervorgerufenen Spannung und der durch die Zuglast hervorgerufenen Spannung, d. h.
σN bezeichnet dabei die durch die Normalkraft der Zuglast hervorgerufene Spannung, die sich z. B. im Falle einer durch einen Lastkörper mit der Masse mLast gebildeten und von der Faserstruktur aufgenommenen Zuglast als ergibt.σ N refers to the caused by the normal force of the tensile load voltage z. B. in the case of a by a load body with the mass m load formed and absorbed by the fiber structure tensile load as results.
Dabei bezeichnet g die Erdbeschleunigung und ARiemen die lasttragende Querschnittsfläche des Riemens, näherungsweise also die Querschnittsfläche der Faserstruktur.In this case, g denotes the acceleration of gravity and A belt the load-bearing cross-sectional area of the belt, that is to say approximately the cross-sectional area of the fiber structure.
Aus den obigen Gleichungen (6) und (7) ergibt sich unter Annahme eines linearen Verlaufs der Spannung in der Faserstruktur in radialer Richtung von der äußersten zu der innersten Faser eine Verschiebung e der Spannungsnulllinie gegenüber der Mittellinie zu From the above equations (6) and (7), assuming a linear progression of the stress in the fiber structure in the radial direction from the outermost to the innermost fiber, a displacement e of the stress zero line with respect to the center line is obtained
Die auf die Dicke der lasttragenden Faserstruktur, d. h. raussen – rinnen, bezogene Verschiebung λ der Spannungsnulllinie ergibt sich daraus zu On the thickness of the load-bearing fiber structure, ie r outside - related r inward displacement λ zero voltage line results therefrom to
Um die Lebensdauer des Riemens in dem Lastzugsystem noch weiter zu erhöhen, können die Dimensionierung des Riemens und die angelegte Zuglast derart aneinander angepasst sein, dass in dem gekrümmten Abschnitt die Spannungsnulllinie gegenüber der Mittellinie der lasttragenden Faserstruktur um einen Betrag von wenigstens 30%, bevorzugt wenigstens 40% und besonders bevorzugt wenigstens 50% der Dicke der lasttragenden Faserstruktur in Krümmungsrichtung radial nach innen verschoben ist. In letzterem Fall ist die Spannungsnulllinie zumindest bis an den innen gelegenen Rand der lasttragenden Faserstruktur verschoben, sodass im Wesentlichen alle Fasern der lasttragenden Faserstruktur unter Zugspannung oder einer Nullbelastung stehen. Die Spannungsnulllinie kann auch noch weiter innen gelegen sein und somit außerhalb der Faserstruktur oder sogar außerhalb des Riemens verlaufen, wobei in letzterem Fall alle Bereiche des Riemens unter Zugspannung stehen.In order to further increase the life of the belt in the truck-trailer system, the belt sizing and applied tensile load may be adapted to each other such that in the curved section, the zero-tension versus centerline of the load-bearing fiber structure is at least 30%, preferably at least 40% and more preferably at least 50% of the thickness of the load-bearing fiber structure is displaced radially inward in the direction of curvature. In the latter case, the voltage zero line is shifted at least to the inside edge of the load-bearing fiber structure, so that substantially all the fibers of the load-bearing fiber structure are under tensile stress or zero load. The voltage zero line can also be located further inside and thus run outside the fiber structure or even outside the belt, in the latter case, all areas of the belt are under tension.
Die im Rahmen der Erfindung erzielte Erhöhung der Lebensdauer des Riemens ist besonders ausgeprägt, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, kompressionsempfindliche Fasern in der lasttragenden Faserstruktur verwendet werden, d. h. Fasern, deren Druckbelastbarkeit deutlich geringer ist als ihre Zugbelastbarkeit.The achieved in the context of the invention increase the life of the belt is particularly pronounced when, as provided according to the invention, compression-sensitive fibers in the load-bearing Fiber structure can be used, ie fibers whose compressive strength is significantly lower than their tensile strength.
Die Matrix weist bevorzugt ein Polymermaterial auf, wobei prinzipiell Thermoplaste, Elastomere oder Duroplaste geeignet sind.The matrix preferably has a polymer material, with thermoplastics, elastomers or thermosets being suitable in principle.
Um eine gewünschte Verschiebung der Spannungsnulllinie zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn nicht nur der Riemen als Ganzes, sondern vor allem die lasttragende Faserstruktur dünner und breiter als bisher ausgelegt werden. Bevorzugt liegt ein Aspektverhältnis, d. h. ein Verhältnis von Breite zu Dicke, der Faserstruktur im Bereich zwischen 2 und 100, ferner bevorzugt zwischen 20 und 60 und besonders bevorzugt zwischen 30 und 50. Der Riemen als Ganzes kann beispielsweise ein Aspektverhältnis zwischen 1 und 30, bevorzugt zwischen 2 und 20 und besonders bevorzugt etwa 10 aufweisen.In order to achieve a desired displacement of the voltage zero line, it is advantageous if not only the belt as a whole, but above all the load-bearing fiber structure are designed to be thinner and wider than previously. Preferably, an aspect ratio, i. H. a ratio of width to thickness, the fiber structure in the range between 2 and 100, further preferably between 20 and 60 and more preferably between 30 and 50. The belt as a whole may have, for example, an aspect ratio between 1 and 30, preferably between 2 and 20 and especially preferably about 10.
Der Riemen ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform so ausgebildet, dass im unbelasteten Zustand des Riemens die Fasern der Faserstruktur durch die Matrix unter Zugspannung vorgespannt sind. Das heißt die Fasern sind so in die Matrix eingebettet, dass bereits bei unbelastetem geradem Riemen die Fasern der Faserstruktur durch die Matrix unter Zugspannung gehalten sind. Eine solche innere Vorspannung der Fasern kann z. B. dadurch erreicht werden, dass bei der Herstellung des Riemens die Fasern durch Anlegen einer Zugkraft unter Zugspannung gesetzt und in diesem vorgespannten Zustand in die Matrix eingebettet werden. Wird die angelegte Zugspannung nach der Herstellung aufgehoben, stellt sich eine innere Spannung zwischen den Fasern der Faserstruktur und dem Matrixmaterial ein. Durch Vorsehen einer solchen inneren Vorspannung kann die im Bereich des gekrümmten Abschnitts auftretende Zugspannung ergänzend zur passenden Paarung von Riemen und Zuglast im Sinne der Erfindung reguliert werden.The belt is designed according to a further advantageous embodiment such that in the unloaded state of the belt, the fibers of the fiber structure are biased by the matrix under tension. That is, the fibers are embedded in the matrix so that even with unloaded straight belt, the fibers of the fiber structure are held under tension by the matrix. Such inner bias of the fibers may, for. B. be achieved in that in the manufacture of the belt, the fibers are set by applying a tensile force under tension and embedded in this prestressed state in the matrix. If the applied tensile stress is removed after manufacture, an internal tension is created between the fibers of the fiber structure and the matrix material. By providing such internal prestressing, the tensile stress occurring in the region of the curved section can be regulated in addition to the matching pairing of belt and tensile load in the sense of the invention.
Die durch die Matrix ausgeübte Vorspannung der Fasern der Faserstruktur kann beispielsweise zwischen 1 bis 95%, bevorzugt zwischen 5 bis 80% und besonders bevorzugt zwischen 10 und 35% der Bruchspannung der Fasern betragen.The bias of the fibers of the fiber structure exerted by the matrix may be for example between 1 to 95%, preferably between 5 to 80% and particularly preferably between 10 and 35% of the breaking tension of the fibers.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Riemen wenigstens eine Druckzone auf, die an der der Umlenkungseinrichtung zugewandten Seite des Riemens angeordnet ist und die ein Material mit einem Elastizitätsmodul aufweist, der größer als der Elastizitätsmodul des Materials der Matrix ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, the belt has at least one pressure zone, which is arranged on the side of the belt facing the deflection device and which has a material with a modulus of elasticity which is greater than the modulus of elasticity of the material of the matrix.
Eine solche in Bezug auf die Krümmungsrichtung innen gelegene Druckzone nimmt im Bereich der Umlenkungseinrichtung auftretende Druckspannungen auf. Die Fasern der Faserstruktur geraten somit leichter unter Zugspannung und die Spannungsnulllinie wird noch weiter nach innen verschoben. Vorteilhafte Ergebnisse werden zum Beispiel erzielt, wenn der Elastizitätsmodul des Materials der Druckzone um zwischen 20% und 30% größer ist als der Elastizitätsmodul des Matrixmaterials. Die Druckzone kann auch ein anisotropes Material aufweisen, dessen Elastizität in Bezug auf Zugspannungen größer ist als seine Elastizität in Bezug auf Druckspannungen.Such a pressure zone located inwardly with respect to the direction of curvature absorbs compressive stresses occurring in the region of the deflection device. The fibers of the fiber structure are thus easier under tension and the voltage zero line is moved even further inwards. Advantageous results are achieved, for example, when the modulus of elasticity of the material of the print zone is between 20% and 30% greater than the elastic modulus of the matrix material. The print zone may also comprise an anisotropic material whose elasticity with respect to tensile stresses is greater than its elasticity with respect to compressive stresses.
Die Druckzone kann beispielsweise durch eine im Wesentlichen durchgehende und sich in Längsrichtung des Riemens erstreckende Materialschicht gebildet sein. Eine besonders günstige Spannungsverteilung in dem Riemen ergibt sich außerdem, wenn die Druckzone eine Strukturierung aufweist. Die Strukturierung kann z. B. eine Zahnstruktur, eine Perforierung oder eine Faltung umfassen. Eine solche strukturierte Druckzone ist besonders geeignet, um eine Druckverformung des Riemens zuzulassen, ohne dass die Fasern der Faserstruktur unter Druckspannung geraten.The pressure zone can be formed, for example, by a substantially continuous material layer extending in the longitudinal direction of the belt. A particularly favorable stress distribution in the belt also results when the pressure zone has a structuring. The structuring can z. As a tooth structure, a perforation or a folding include. Such a structured print zone is particularly suitable for allowing compression deformation of the belt without the fibers of the fiber structure being subjected to compressive stress.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Druckzone eine Zahnstruktur mit mehreren Zähnen, wobei die Zähne jeweils eine Hülle und eine Füllung aufweisen, wobei die Füllung ein Material mit einem Elastizitätsmodul umfasst, der größer als der Elastizitätsmodul eines Materials der Hülle ist.According to a further advantageous embodiment, the pressure zone comprises a tooth structure with a plurality of teeth, the teeth each having a shell and a filling, wherein the filling comprises a material having a modulus of elasticity which is greater than the modulus of elasticity of a material of the shell.
Die Strukturierung der Druckzone kann entweder an der Oberfläche des Riemens ausgebildet sein oder unterhalb der Oberfläche, z. B. durch eine durchgehende Mantelschicht abgedeckt, im Riemeninneren ausgebildet sein. Im Riemeninneren ausgebildete Strukturierungen weisen den Vorteil geringer Schmutzempfindlichkeit auf, wodurch eine höhere Verschleißbeständigkeit erreicht werden kann. Gleichzeitig werden durch das Ablaufen des Riemens auf der Umlenkungseinrichtung entstehende Laufgeräusche reduziert.The patterning of the print zone may be formed either on the surface of the belt or below the surface, e.g. B. covered by a continuous cladding layer, be formed inside the belt. Structures formed in the interior of the belt have the advantage of low dirt sensitivity, whereby a higher wear resistance can be achieved. At the same time resulting from the running of the belt on the deflection device running noise is reduced.
Die Druckzone ist zweckmäßigerweise so ausgelegt, dass sie eine zuverlässige Übertragung von Antriebskräften zwischen dem Riemen und der Umlenkungseinrichtung gewährleistet. Die Druckzone kann dabei insbesondere zur form- und/oder kraftschlüssigen Kraftübertragung zwischen Riemen und Umlenkungseinrichtung ausgebildet sein.The pressure zone is expediently designed to ensure a reliable transmission of driving forces between the belt and the deflection device. The pressure zone can be designed in particular for positive and / or non-positive force transmission between the belt and deflection device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Druckzone so ausgestaltet, dass sie im nicht eingebauten Zustand des Riemens eine Unterschreitung eines zulässigen Biegeradius des Riemens und damit eine Schädigung der Faserstruktur verhindert.According to a further embodiment of the invention, the pressure zone is designed such that, in the uninstalled state of the belt, it prevents it from falling below a permissible bending radius of the belt and thus damaging the fiber structure.
Eine oder mehrere Druckzonen des Riemens können an die Anforderungen des jeweiligen konkreten Lastzugsystems flexibel angepasst werden. Wenn z. B. beim Betrieb des Lastzugsystems nur ein begrenzter Längenbereich des Riemens im Zuge des Betriebs über die Umlenkungseinrichtung läuft und von dieser gekrümmt wird, kann eine Druckzone im Wesentlichen nur in diesem Bereich vorgesehen werden. Ebenso kann eine Druckzone nur auf einer Seite des Riemens vorgesehen sein, wenn der Riemen in dem Lastzugsystem nur in einer Richtung gekrümmt wird, oder es kann auf beiden Seiten des Riemens jeweils eine Druckzone vorgesehen sein, wenn der Riemen durch mehrere Umlenkungseinrichtungen in unterschiedliche Richtungen gekrümmt wird, wobei bevorzugt jede Druckzone an die maximal auftretende Krümmung in der jeweiligen Richtung angepasst ist.One or more pressure zones of the belt can be flexibly adapted to the requirements of the respective concrete lorry system. If z. B. during operation of the truck traction system only a limited length range of the belt runs in the course of operation on the deflection device and is curved by this, a pressure zone can be provided substantially only in this area. Also, a pressure zone may be provided on only one side of the belt when the belt in the truck is curved in one direction only, or a pressure zone may be provided on either side of the belt when the belt is curved in different directions by a plurality of diverters is, wherein preferably each pressure zone is adapted to the maximum occurring curvature in the respective direction.
In einem Lastzugsystem, in welchem der Riemen durch mehrere Umlenkungseinrichtungen mit im Wesentlichen gleichen Krümmungsradien senkrecht zu seiner Querachse in beide Richtungen gekrümmt wird, kann der Riemen um seine Querachse im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet sein. Entsprechend kann in einem Lastzugsystem, in welchem der Riemen mit unterschiedlichen Krümmungsradien in beide Richtungen gekrümmt wird, der Riemen um die Querachse asymmetrisch aufgebaut sein.In a truck-trailer system in which the belt is curved in both directions by a plurality of diverters having substantially equal radii of curvature perpendicular to its transverse axis, the belt may be formed substantially symmetrically about its transverse axis. Accordingly, in a truck-trailer system in which the belt is curved in both directions with different radii of curvature, the belt may be constructed asymmetrically about the transverse axis.
Besonders günstige Ergebnisse hinsichtlich der Langzeitstabilität des Riemens lassen sich ferner erzielen, wenn zumindest eine und insbesondere annähernd alle Fasern der Faserstruktur im Wesentlichen in Längsrichtung des Seils orientiert sind. Dabei können mehrere Fasern des Riemens miteinander verdrillt oder unverdrillt sein. Um eine hohe Zugbelastbarkeit des Riemens zu gewährleisten, erstrecken sich mehrere und insbesondere alle Fasern der Faserstruktur bevorzugt über zumindest annähernd die gesamte Länge des Riemens.Particularly favorable results with regard to the long-term stability of the belt can furthermore be achieved if at least one and in particular approximately all fibers of the fiber structure are oriented substantially in the longitudinal direction of the cable. In this case, several fibers of the belt can be twisted together or untwisted. In order to ensure a high tensile load capacity of the belt, several and in particular all fibers of the fiber structure preferably extend over at least approximately the entire length of the belt.
Die Faserstruktur des Riemens kann mindestens eine Faser-Unterstruktur umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die einen unidirektionalen Multifilamentstrang, ein verdrehtes oder unverdrehtes Multifilamentgarn, ein Gewebe, ein Gelege, ein Gewirk und ein Gestrick umfasst. Innerhalb einer Faser-Unterstruktur sind die in der Faser-Unterstruktur enthaltenen Fasern bevorzugt im Wesentlichen homogen und gleichmäßig über den Querschnitt der Struktur verteilt.The fibrous structure of the belt may comprise at least one fiber substructure selected from the group consisting of a unidirectional multifilament strand, a twisted or untwisted multifilament yarn, a woven fabric, a scrim, a knit and a knit. Within a fiber substructure, the fibers contained in the fiber substructure are preferably substantially homogeneous and evenly distributed throughout the cross section of the structure.
Die Dicke einer Faser-Unterstruktur und/oder der Faserstruktur insgesamt kann beispielsweise zwischen 0,3 mm und 2 mm betragen. Ein verdrilltes Multifilamentgarn kann zumindest bereichsweise zwischen 1 und 500, bevorzugt zwischen 30 und 120 und besonders bevorzugt zwischen 50 und 100 Schläge pro Meter Garnlänge aufweisen. Umfasst die Faserstruktur ein Gewebe, ist der Kettanteil des Gewebes vorzugsweise höher als dessen Schussanteil. Kettanteil und Schussanteil können dabei auch unterschiedliche Fasertypen umfassen, wobei z. B. der Kettanteil weitestgehend aus Kohlenstofffasern und der Schussanteil weitestgehend aus Polymerfasern oder Polyesterfasern besteht.The thickness of a fiber substructure and / or the fiber structure in total may be, for example, between 0.3 mm and 2 mm. A twisted multifilament yarn may, at least in some areas, have between 1 and 500, preferably between 30 and 120 and more preferably between 50 and 100 beats per meter of yarn length. If the fiber structure comprises a fabric, the warp content of the fabric is preferably higher than its weft content. Warp content and shot share can also include different fiber types, with z. B. the warp content largely consists of carbon fibers and the weft content as much as possible of polymer fibers or polyester fibers.
Die Faserstruktur kann mehrere in Querrichtung des Riemens nebeneinander angeordnete Faser-Unterstrukturen umfassen, insbesondere mehrere in Querrichtung des Riemens nebeneinander angeordnete unidirektionale Multifilamentstränge oder mehrere in Querrichtung des Riemens nebeneinander angeordnete verdrillte Multifilamentgarne. Prinzipiell kann die Faserstruktur auch mehrere in Höhenrichtung des Riemens übereinander angeordnete Faser-Unterstrukturen umfassen.The fibrous structure may comprise a plurality of fiber sub-structures arranged side by side in the transverse direction of the belt, in particular a plurality of unidirectional multifilament strands juxtaposed in the transverse direction of the belt or a plurality of twisted multifilament yarns arranged side by side in the transverse direction of the belt. In principle, the fiber structure can also comprise a plurality of fiber substructures arranged one above the other in the vertical direction of the belt.
Um bei der Verwendung von verdrillten Multifilamentgarnen ein in dem Seil auftretendes Torsionsmoment zu vermeiden, weist die Faserstruktur gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wenigstens ein mit einem z-Schlag verdrilltes Multifilamentgarn und wenigstens ein mit einem s-Schlag verdrilltes Multifilamentgarn auf, die in Querrichtung des Riemens zueinander beabstandet sind. Die Faserstruktur kann auch mehrere mit einem z-Schlag verdrillte und mehrere mit einem s-Schlag verdrillte Multifilamentgarne umfassen, wobei sich in Querrichtung des Riemens gesehen die z-verdrillten Multifilamentgarne mit den s-verdrillten Multifilamentgarnen abwechseln.In order to avoid twisting torque occurring in the rope when twisted multifilament yarns are used, the fibrous structure according to an advantageous embodiment has at least one multifilament yarn twisted with a z-beat and at least one s-twist twisted multifilament yarn in the transverse direction of the belt are spaced. The fibrous structure may also include a plurality of z-twisted and a plurality of s-twist twisted multifilament yarns, the z-twisted multifilament yarns alternating with the s-twisted multifilament yarns in the transverse direction of the belt.
Der Riemen kann mehrere gekrümmte Riemenabschnitte mit unterschiedlich starker Krümmung aufweisen, beispielsweise wenn mehrere Umlenkrollen mit unterschiedlichen Rollenradien verwendet werden. Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Dimensionierung des Riemens und die angelegte Zuglast so aneinander angepasst sind, dass die Spannungsnulllinie in dem Riemenabschnitt, in dem eine maximale Krümmung auftritt, gegenüber der Mittellinie der lasttragenden Faserstruktur um wenigstens 25% der Dicke der lasttragenden Faserstruktur in Krümmungsrichtung radial nach innen verschoben ist.The belt may have a plurality of curved belt sections with different degrees of curvature, for example when multiple pulleys with different roller radii are used. It is inventively preferred that the dimensioning of the belt and the applied tensile load are adapted to each other so that the zero voltage line in the belt section in which a maximum curvature occurs, compared to the center line of the load-bearing fiber structure by at least 25% of the thickness of the load-bearing fiber structure Curvature direction is shifted radially inward.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Riemen, insbesondere zur Verwendung in einem Lastzugsystem wie beispielsweise einem Personenaufzugsystem, welcher eine Matrix und eine in die Matrix eingebettete Faserstruktur mit mehreren kompressionsempfindlichen Fasern umfasst, wobei die Fasern so in die Matrix eingebettet sind, dass im unbelasteten Zustand des Riemens die Fasern der Faserstruktur durch das Matrixmaterial unter Zugspannung vorgespannt sind.A further subject of the present invention is a belt, in particular for use in a truck-trailer system, such as a passenger elevator system, comprising a matrix and a fiber structure embedded in the matrix with a plurality of compression-sensitive fibers, the fibers being embedded in the matrix so as to be unloaded Condition of the belt, the fibers of the fiber structure are biased by the matrix material under tension.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Dabei zeigen:Hereinafter, the present invention will be described purely by way of example with reference to advantageous embodiments with reference to the accompanying drawings. Showing:
Der Riemen
Wie in
Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in
Um eine erhöhte Lebensdauer des Riemens
Im vorliegenden Lastzugsystem ist diese Verschiebung aufgrund einer entsprechenden Dimensionierung von Riemen
Idealerweise sind der Riemen
Der in
Der in
Es versteht sich von selbst, dass die in
Die Zähne
Wie in
Die Druckzonen können, wie in
Wie in
Die beiden Reihen von Zähnen
Insbesondere wenn eine Zahnstruktur
Die auf den beiden Flachseiten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Riemenbelt
- 1212
- Umlenkrolleidler pulley
- 1414
- gerader Abschnittstraight section
- 1616
- gekrümmter Abschnittcurved section
- 1818
- Drehachseaxis of rotation
- 2020
- Matrixmatrix
- 2222
- Faserstrukturfiber structure
- 2424
- Faserfiber
- 2828
- SpannungsnulllinieZero voltage line
- 3030
- unidirektionaler Multifilamentstrangunidirectional multifilament strand
- 32a, b32a, b
- verdrilltes Multifilamentgarntwisted multifilament yarn
- 3434
- Flachseiteflat side
- 3636
- Druckzonepressure zone
- 3737
- Mantelschichtcladding layer
- 3838
- Zahnstrukturtooth structure
- 40a, b40a, b
- Zahntooth
- 4444
- Grundkörperbody
- xx
- Höhenrichtung des RiemensHeight direction of the belt
- yy
- Querrichtung des RiemensTransverse direction of the belt
- zz
- Längsrichtung des RiemensLongitudinal direction of the belt
- bb
- Breite der FaserstrukturWidth of the fiber structure
- dd
- Dicke der FaserstrukturThickness of the fiber structure
- BB
- Breite eines ZahnsWidth of a tooth
- ss
- Versatzoffset
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W. Beitz und K.-H. K�ttner: Dubbel, Taschenbuch f�r den Maschinenbau. 17., neubearbeitete Auflage. Berlin : Springer Verlag, 1990. - ISBN 3-540-52381-2. [Buch] * |
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication | ||
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Owner name: SGL CARBON SE, DE Free format text: FORMER OWNER: SGL CARBON SE, 65203 WIESBADEN, DE Effective date: 20121022 |
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R020 | Patent grant now final |