EP1554428B1 - Riemen mit integrierter überwachung - Google Patents
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- EP1554428B1 EP1554428B1 EP03808834A EP03808834A EP1554428B1 EP 1554428 B1 EP1554428 B1 EP 1554428B1 EP 03808834 A EP03808834 A EP 03808834A EP 03808834 A EP03808834 A EP 03808834A EP 1554428 B1 EP1554428 B1 EP 1554428B1
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Definitions
- the invention relates to a belt having a plurality of spaced synthetic fiber strands embedded in a belt sheath.
- Such belts are particularly suitable for use as a suspension or propellant in an on zugsstrom.
- Such a suspension is disclosed in DE 3934654A and is considered to be the closest prior art.
- Running ropes are an important, heavily used machine element in conveyor technology, especially in elevators, in crane construction and in mining. Particularly complex is the stress of driven ropes, as used for example in elevator construction.
- the car frame of a car guided in an elevator shaft and a counterweight are connected to one another via a plurality of steel strand cables.
- the ropes pass over a traction sheave driven by a drive motor.
- the drive torque is impressed under frictional engagement with the respective rope section resting on the traction sheave over the wrap angle.
- the cables experience tensile, bending, compressive and torsional stresses. Depending on the situation, the resulting stresses have a negative effect on the rope condition. Due to the usually round cross-section of a steel strand cable, the cable can rotate around the wheels as it revolves and is thus subjected to bending in the most different directions.
- High-strength synthetic fiber ropes for example made of aromatic Polyamides, especially aramids, with highly oriented molecular chains fulfill these requirements better than steel cables.
- Ropes constructed from aramid fibers with the same cross-section and same load-bearing capacity, have only a quarter to one-fifth of the specific rope weight in comparison to conventional steel cables.
- the aramid fiber has a much lower transverse strength in relation to the longitudinal resistance due to the rectification of the molecular chains.
- Mainly belts are used by the automotive industry, for example as V-belts, or by the machine industry. Depending on the degree of wear such belts are steel reinforced. These are usually endless belts. Monitoring an endless belt is relatively expensive and is not used for cost reasons in the automotive sector. The automotive industry has therefore embarked on a life-cycle limitation on the belts used to ensure that a belt is replaced before it runs the risk of failure. Such a lifetime restriction is only suitable for large quantities, since the necessary preliminary investigations can be made here, and for belts that are easy to replace.
- a toothed belt is a form-fitting, slip-free transmission medium that, for example, rotates synchronously with a traction sheave.
- the load capacity of the teeth of the toothed belt and the number of meshing teeth determine the transmission capacity.
- a lifetime restriction such as that imposed by the automotive industry, is less suitable for a belt to be used as a sling or propellant for an elevator.
- the invention aims to provide a belt whose condition can be monitored.
- a cab guided in a shaft 1 hangs on a carrying belt 3 according to the invention (carrying belt), which preferably comprises fiber bundles of aramid fibers and which runs over a traction sheave 5 connected to a drive motor 4.
- a carrying belt 3 which preferably comprises fiber bundles of aramid fibers and which runs over a traction sheave 5 connected to a drive motor 4.
- On the car 2 is a Riemenendtagen 6, to which the carrying strap 3 is attached with one end.
- the other end of the support belt 3 is fastened in the same way to a counterweight 7, which is also guided in the shaft 1.
- 1: 1 suspension which is characterized in that the inventive support strap 3 only in one Direction is curved, since it only rotates about a single traction sheave 5, without being deflected by other discs, as would be the case, for example, in a 2: 1 suspension.
- the relatively low weight of carrying straps with plastic strands offers the advantage that in the case of elevator systems, the usual compensating straps can be dispensed with in part or entirely.
- a compensating belt can also be provided despite the use of belts with lightweight plastic strands.
- Such a compensating belt is then connected in a similar manner with its first end at the lower end of the car 2, from where the compensating belt leads, for example, over the shaft bottom 10 placed deflection rollers to the counterweight 7 out.
- a monitoring system should be provided. Research has shown that monitoring the belt shroud does not provide reliable results. Cracks or fatigue of the strands, which can impart longitudinal strength to the belt, may go unnoticed when monitoring the belt jacket alone and result in a sudden failure of a belt.
- strands reinforced with strands compared to a rope formed from strands resulting from the internal structure of the belt or the rope.
- strands in the belt are insulated from each other in a belt sheath and therefore do not touch each other
- strands in a rope are usually stranded such that they touch a plurality of adjacent strands.
- jamming can occur, in particular at points of contact of adjacent strands, which is associated with a particularly high bending elongation of the strands at the contact points.
- Corresponding jamming does not occur for the straps insulated from one another in a belt under a corresponding load of the belt.
- monitoring a belt must be correspondingly sensitive and accurate. A solution for monitoring belts is not yet known.
- a belt 13 according to the invention for use in an elevator installation is shown in FIGS. 2A to 2C.
- the belt 13 comprises at least two strands 12 with twisted synthetic fiber yarns, which are for receiving power in Longitudinal are designed.
- the strands 12 are parallel to each other and are arranged at a distance X to each other.
- the strands 12 are embedded in a common belt casing 15.
- At least one of the strands 12 comprises an electrically conductive indicator yarn 14 which is rotated together with the synthetic fiber yarns of the strand 12 and contains fibers (filaments) of an electrically conductive material, for example of carbon, hard metals such as tungsten carbide, boron or electrically conductive plastics.
- the indicator-yarn yarn 14 is located outside the center of the strand 12, as seen in Figure 2C.
- the breaking elongation ( ⁇ ult, Ind ) of the indicator yarn 14 must be smaller than the breaking elongation ( ⁇ ult, support ) of the individual Synthetic fiber yarns of the strand 12.
- the elongation at break ⁇ ult, Ind and the elongation at break ⁇ ult, Trag are material sizes .
- the indicator yarn 14 must be contactable to allow electrical monitoring of the integrity of the indicator yarn 14.
- the position of the indicator yarn 24 within the braid 21 be selected so that the filaments of the indicator yarn 24 become fatigued or break earlier than a synthetic fiber strand of the braid 21.
- the indicator yarn 24 lies on the outer periphery the strand 21, precisely on the side of the belt 23 which is subjected to the greatest bending load, as shown in FIG Hatching shown. This ensures that the indicator yarn 24 always experiences a bending load which is at least as great as the greatest bending load of a synthetic fiber yarn of the strand 21.
- the synthetic fiber yarns are schematically indicated in FIG. 3A as circles with a white circumference. In an arrangement according to FIG.
- FIG. 3B Another belt 33 according to the invention is shown in FIG. 3B.
- the indicator yarn 34 is inside the strand 31 on a side seen from the strand center, which lies in the direction of the side of the belt 33 which is subjected to the greatest bending load, as shown in Figure 3B with reference to the hatching.
- the five hatched synthetic fiber strands experience a bending load that is greater than or equal to the bending load experienced by the indicator yarn 34.
- the strands 31 are embedded in a belt casing 35.
- the elongation at break ⁇ ult Ind of the indicator yarn 34 must be one Factor A is smaller than the breaking elongation ⁇ ult , carrying the individual synthetic fiber yarns of the strand 31, wherein the factor A depends inter alia on the position of the indicator yarn 34 within the strand 31.
- A has the following condition: 0.2 ⁇ A ⁇ 0.9, and preferably 0.3 ⁇ A ⁇ 0.85.
- the factor 0.88 in the inequality is an empirical value determined in such a way that the behavior of the indicator yarn allows with reasonable certainty conclusions about the fracture behavior of the synthetic fiber yarns.
- the above inequality is only valid if the indicator yarn is not in the center of the strand and consequently the effect of the bending strains is dominant for the fracture behavior of the indicator yarn.
- the fracture behavior of the indicator yarn is determined less by the belt's flexing strain than by the tensile load.
- the load of a yarn in a straight there are conditions for the indicator yarn at a load of the belt, the load of a yarn in a straight, only By train loaded belt or in a straight, only loaded by train rope correspond.
- there is sufficient sensitivity of the indicator yarn when the inequality ⁇ ult . Ind ⁇ ult . support ⁇ 0.88 is satisfied.
- the limit value 0.88 is determined empirically in order to allow reliable conclusions to be drawn regarding damage to the synthetic fiber yarns.
- aramid synthetic fiber yarns can be used in the present invention.
- Aramid has a high alternating bending strength and a high specific elongation at break ⁇ ult, Trag .
- the strands of the belt may have opposite directions of rotation.
- carbon fibers have proved to be particularly suitable as filaments for the indicator yarn, since they are brittle (ie small elongation at break ⁇ ult, Ind ) as aramid and because they are electrically conductive and also inexpensive to produce.
- the belt casing comprises a plastic material.
- plastic materials are particularly suitable as belt sheath: rubber, neoprene rubber, polyurethane, polyolefin, polyvinyl chloride or polyamide.
- the belt casing may have a dumbbell-shaped, cylindrical, oval, concave, rectangular or wedge-shaped cross-sectional shape.
- FIG. 4 Another embodiment of the invention is shown in Figure 4 as a schematic cross section.
- the belt 43 comprises a total of four parallel strands 41.
- Each strand 41 comprises a plurality of synthetic fiber yarns and one indicator yarn 44, which are twisted together.
- the indicator yarns 44 in each strand 41 extend helically along the longitudinal direction of the belt 43.
- the indicator yarns 44 viewed from left to right, are approximately at 12 o'clock, 1 o'clock, 9 o'clock and 4 o'clock. Cutting the same belt 43 at a different location would result in a different image as far as the location of the indicator yarns 44 is concerned.
- the invention can be applied to all belts having synthetic fiber strands for reinforcement.
- Examples are: flat belts, poly V belts, V-ribbed belts 53 (as shown, for example, in FIG. 5), or (trapezoidal) toothed belts 63 (as shown, for example, in FIG. 6).
- a V-ribbed belt 53 according to the invention has a whole number of parallel strands 51 which are embedded in a belt casing 55.
- a trapezoidal toothed belt 63 according to the invention, as shown in FIG. 6, has a number of parallel strands 61 which are embedded in a belt casing 65.
- a synthetic fiber strand may comprise a plurality of indicator yarns.
- the belt has a plurality of parallel strands.
- a first strand comprises a first indicator yarn having a first elongation at break ⁇ ult, Ind1 .
- a second strand comprises a second indicator yarn having a second elongation at break ⁇ ult, Ind2 . If the following condition ⁇ ult, Ind 2 > ⁇ ult, ind 1 holds , then the first carbon fiber responds first, since this first carbon fiber is more sensitive.
- a predetermined reaction can be triggered in this case. For example, a service call may be issued, or elevator operation may be restricted. Failure of the second carbon fiber, so for example, the elevator operation can be completely adjusted.
- a number of strands may also contain one indicator yarn each having the same elongation at break ⁇ ult, Ind , and the increase in the number of strands which has failed serves as the triggering criterion for a suitable reaction.
- an indicator circuit can be used which metrologically determines whether the properties of a carbon fiber have changed, or whether a carbon fiber has been interrupted.
- the carbon fibers of two fiber bundles may be conductively connected to one another at one end of the belt.
- the indicator circuit may include, for example, one or more comparators and one or more analog-to-digital converters have that connect to the usually digitally executed elevator control.
- the invention enables a reliable and early detection of fatigue and fractures of the fiber bundles, which impart the carrying strength to a belt.
- Such a belt can be replaced in time.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Riemen mit mehreren, in einem Abstand verlaufenden Kunstfaserlitzen, die in einem Riemenmantel eingebettet sind. Derartige Riemen sind insbesondere zur Verwendung als Tragmittel oder Treibmittel in einer Auf zugsanlage geeignet. Einen derartige Tragmittel wird in DE 3934654A offenbart und wird als nächstliegender stand der technik angesehen.
- Laufende Seile sind in der Fördertechnik, insbesondere bei Aufzügen, im Kranbau und im Bergbau, ein wichtiges, stark beanspruchtes Maschinenelement. Besonders vielschichtig ist die Beanspruchung von getriebenen Seilen, wie sie beispielsweise im Aufzugsbau verwendet werden.
- Bei herkömmlichen Aufzugsanlagen sind der Kabinenrahmen einer in einem Aufzugsschacht geführten Kabine und ein Gegengewicht über mehrere Stahllitzenseile miteinander verbunden. Um die Kabine und das Gegengewicht zu heben und zu senken, laufen die Seile über eine Treibscheibe, die von einem Antriebsmotor angetrieben ist. Das Antriebsmoment wird unter Reibschluss dem jeweils über den Umschlingungswinkel auf der Treibscheibe aufliegenden Seilabschnitt aufgeprägt. Dabei erfahren die Seile Zug-, Biege-, Druck- und Torsionsspannungen. Je nach Situation haben die entstehenden Spannungen einen negativen Einfluss auf den Seilzustand. Aufgrund des üblicherweise runden Querschnitts eines Stahllitzenseiles, kann sich das Seil mit dem Umlaufen um Scheiben verdrehen und wird dadurch in die verschiedensten Richtungen auf Biegung beansprucht.
- Neben den Festigkeitsanforderungen besteht bei Aufzugsanlagen aus energetischen Gründen ferner die Forderung nach möglichst kleinen Massen. Hochfeste Kunstfaserseile, beispielsweise aus aromatischen Polyamiden, insbesondere Aramiden, mit hochgradig orientierten Molekülketten erfüllen diese Anforderungen besser als Stahlseile.
- Aus Aramidfasern aufgebaute Seile weisen bei gleichem Querschnitt und gleicher Tragfähigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Stahlseilen nur ein Viertel bis Fünftel des spezifischen Seilgewichts auf. Im Gegensatz zu Stahl hat die Aramidfaser jedoch aufgrund der Gleichrichtung der Molekülketten eine wesentlich geringere Querfestigkeit in Relation zur Längstragfähigkeit.
- Auch diese aus Aramidfasern aufgebauten Seile unterliegen Verdrehungserscheinungen und Biegebelastungen, die zu einem Ermüden oder Brechen des Seiles führen können.
- Neben den verschiedensten Seilen gibt es auch Riemen, die industriell eingesetzt werden. Hauptsächlich werden Riemen durch die Autoindustrie, zum Beispiel als Keilriemen, oder durch die Maschinenindustrie eingesetzt. Je nach Beanspruchungsgrad sind derartige Riemen stahlverstärkt. Es handelt sich dabei üblicherweise um Endlosriemen. Eine Überwachung eines Endlosriemens ist relativ aufwendig und kommt aus Kostengründen im Automobilsektor nicht zur Anwendung. Die Automobilindustrie hat daher den Weg beschritten, die verwendeten Riemen mit einer Lebensdauerbeschränkung zu versehen, um sicherzustellen, dass ein Riemen ausgewechselt wird, bevor er Gefahr läuft zu versagen. Eine solche Lebensdauerbeschränkung eignet sich nur bei grossen Stückzahlen, da hier die notwendigen Voruntersuchungen gemacht werden können, und bei Riemen die einfach zu ersetzen sind.
- Es gibt auch bereits Aufzugsanlagen, bei denen Zahnriemen zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel in der Patentanmeldung mit Titel "Aufzug mit riemenartigem Übertragungsmittel, insbesondere mit Keilrippen-Riemen, als Tragmittel und/oder Treibmittel", des gleichen Anmelders wie die vorliegende Erfindung, beschrieben. Ein Zahnriemen ist ein formschlüssiges, schlupffreies Übertragungsmittel, das zum Beispiel synchron mit einer Treibscheibe umläuft. Die Tragfähigkeit der Zähne des Zahnriemens und die Anzahl der im Eingriff stehenden Zähne bestimmen die Übertragungsfähigkeit.
- Um einen Riemen zu schaffen, der als vollwertiges und vor allem zuverlässiges Tragmittel oder Treibmittel einsetzbar ist, muss gewährleistet werden können, dass Ermüdungserscheinungen des Riemens und vor allem drohende Bruchgefahr erkennbar sind.
- Eine Lebensdauerbeschränkung, wie sie zum Beispiel von der Automobilindustrie vorgegeben wird, ist bei einem Riemen, der als Tragriemen oder Treibmittel für einen Aufzug eingesetzt werden soll weniger geeignet.
- Andere Überwachungsmittel, die - wie die optische Überwachung- sich bei Stahlseilen bewährt haben, können bei Riemen nicht angewendet werden, da die Litzen eines Riemens in einem Riemenmantel eingebettet und damit unsichtbar sind. Weitere Überwachungsmethoden wie Röntgenüberwachung oder Ultraschallüberwachung sind bei der Anwendung eines Riemens im Aufzugssystem unwirtschaftlich.
- Die Erfindung verfolgt das Ziel, einen Riemen bereitzustellen, dessen Zustand überwachbar ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Riemen bereitzustellen, der Überwachungsmittel aufweist und der als Trag- oder Treibmittel unter anderem für Aufzugsanlagen einsetzbar ist.
- Dieses Ziel wird erfindungsgemäss durch einen Riemen mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen erreicht. Die abhängigen Ansprüche enthalten zweckmässige und vorteilhafte Weiterbildungen und/oder Ausführungen der durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegebenen Erfindung.
- Die Erfindung ist im Folgenden anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben. Es zeigt:
- Figur 1,
- eine schematische Ansicht einer Aufzugsanlage mit einer über einen erfindungsgemässen Tragriemen mit einem Gegengewicht verbundenen Kabine;
- Figur 2A,
- eine Seitenansicht einer Treibscheibe mit einem Abschnitt eines Tragriemens, gemäss Erfindung;
- Figur 2B,
- eine Querschnittsansicht eines Tragriemens, gemäss Erfindung;
- Figur 2C,
- ein vergrösserter Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines Tragriemens, gemäss Erfindung;
- Figur 3A,
- ein vergrösserter Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines weiteren Tragriemens, gemäss Erfindung;
- Figur 3B,
- ein vergrösserter Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines weiteren Tragriemens, gemäss Erfindung;
- Figur 4,
- ein vergrösserter Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines weiteren Tragriemens, gemäss Erfindung;
- Figur 5,
- eine Querschnittsansicht eines Keilrippenriemens, gemäss Erfindung;
- Figur 6,
- eine perspektivische Ansicht eines Zahnriemens, gemäss Erfindung.
- Gleiche, beziehungsweise gleich wirkende, konstruktive Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, auch wenn sie in Einzelheiten nicht gleich ausgeführt sind. Die Figuren sind nicht massstäblich.
- Gemäss Figur 1 hängt eine in einem Schacht 1 geführte Kabine an einem tragenden erfindungsgemässen Riemen 3 (Tragriemen), der vorzugsweise Faserbündel aus Aramidfasern umfasst und der über eine mit einem Antriebsmotor 4 verbundene Treibscheibe 5 läuft. Auf der Kabine 2 befindet sich eine Riemenendverbindung 6, an der der Tragriemen 3 mit einem Ende befestigt ist. Das jeweils andere Ende des Tragriemens 3 ist in gleicher Weise an einem Gegengewicht 7 festgemacht, welches ebenfalls in dem Schacht 1 geführt ist. Bei der gezeigten Anordnung handelt es sich um eine sogenannte 1:1 Aufhängung, die sich dadurch auszeichnet, dass der erfindungsgemässe Tragriemen 3 nur in eine Richtung gekrümmt wird, da er nur um eine einzige Treibscheibe 5 umläuft, ohne über andere Scheiben umgelenkt zu werden, wie dies zum Beispiel bei einer 2:1 Aufhängung der Fall wäre.
- Das relative niedrige Gewicht von Tragriemen mit Kunststofflitzen bietet den Vorteil, dass bei Aufzugsanlagen auf die üblichen Ausgleichsriemen teilweise oder ganz verzichtet werden kann.
- Unter Umständen kann aber ein Ausgleichsriemen auch trotz der Verwendung von Riemen mit leichten Kunststofflitzen vorgesehen werden. Ein solcher Ausgleichsriemen wird dann in ähnlicher Weise mit seinem ersten Ende am unteren Ende der Kabine 2 angebunden, von wo aus der Ausgleichsriemen zum Beispiel über am Schachtboden 10 platzierte Umlenkrollen zum Gegengewicht 7 hin führt.
- Um die Sicherheit von Systemen zu erhöhen, bei denen Riemen verwendet werden, sollte ein Überwachungssystem vorgesehen werden. Untersuchungen haben ergeben, dass eine Überwachung des Riemenmantels keine zuverlässigen Ergebnisse liefert. Brüche oder Ermüdungen der Litzen, die dem Riemen die Längsfestigkeit verleihen können, bei einer Überwachung allein des Riemenmantels eventuell unbemerkt bleiben und zu einem plötzlichen Versagen eines Riemens führen.
- Besser geeignet scheint daher eine direkte Überwachung der Litzen zu sein. Problematisch ist bei einer solchen direkten Überwachung jedoch, dass die im Riemen beim Umlauf um eine Treibscheibe auftretenden Biegedehnungen relativ klein sind. Letzteres ist begründet durch die Tatsache, dass für die Riemendicke im Hinblick auf typische Anwendungen in Aufzugsanlagen gewöhnlich ein relativ geringer Wert gewählt wird, verglichen beispielsweise mit der Dicke eines entsprechenden, für dieselbe Anwendung geeigneten Tragseils mit rundem Querschnitt. Aus rein geometrischen Gründen erfährt eine in dem Riemen verlaufende Litze beim Umlauf um eine Treibscheibe unter Belastung eine wesentlich geringere Biegedehnung als eine Litze in einem entsprechend ausgelegten Seil unter derselben Belastung. Eine weitere Besonderheit von mit Litzen verstärkten Riemen im Vergleich zu einem aus Litzen gebildeten Seil ergibt sich aus dem inneren Aufbau des Riemen bzw. des Seils. Während die Litzen im Riemen voneinander isoliert in einem Riemenmantel verlaufen und sich deshalb nicht berühren, sind Litzen in einem Seil in der Regel derart verseilt, dass sich eine Vielzahl benachbarter Litzen berühren. Unter Belastung des Seils kann es insbesondere an Berührungspunkten benachbarter Litzen zu Verklemmungen kommen, die mit einer besonders hohen Biegedehnung der Litzen an den Berührungspunkten verbunden ist. Entsprechende Verklemmungen treten für die voneinander isoliert angeordneten Litzen in einem Riemen unter einer entsprechenden Belastung des Riemens nicht auf. Verglichen mit den für Seilen charakteristischen Bedingungen muss eine Überwachung eines Riemens entsprechend sensitiv und genau sein. Eine Lösung zum Überwachen von Riemen ist bisher nicht bekannt.
- Ein erfindungsgemässer Riemen 13 zur Verwendung in einer Aufzugsanlage ist in den Figuren 2A bis 2C gezeigt. Der Riemen 13 umfasst mindestens zwei Litzen 12 mit in sich gedrehten Kunstfasergarnen, die zur Kraftaufnahme in Längsrichtung ausgelegt sind. Die Litzen 12 verlaufen parallel zueinander und sind mit einem Abstand X zueinander angeordnet. Die Litzen 12 sind in einem gemeinsamen Riemenmantel 15 eingebettet. Mindestens eine der Litzen 12 umfasst ein elektrisch leitfähiges Indikator-Garn 14, das zusammen mit den Kunstfasergarnen der Litze 12 gedreht ist und Fasern (Filamente) aus einem elektrisch leitfähigen Material enthält, beispielsweise aus Kohlenstoff, Hartmetallen wie Wolframkarbid, Bor oder elektrisch leitfähigen Kunststoffen. Das Indikator-GIndikator-Garn 14 ist ausserhalb des Zentrums der Litze 12 angeordnet, wie in Figur 2C zu sehen. Damit sichergestellt werden kann, dass das Indikator-Garn 14 früher bricht oder Ermüdungserscheinungen zeigt als die Kunstfaserlitzen der Litze 12, muss die Bruchdehnung (εult, Ind) des Indikator-Garns 14 kleiner sein als die Bruchdehnung (εult, Trag) der einzelnen Kunstfasergarne der Litze 12. Die Bruchdehnung εult,Ind und die Bruchdehnung εult,Trag sind Materialgrössen. Des weiteren muss das Indikator-Garn 14 kontaktierbar sein, um eine elektrische Überwachung der Integrität des Indikator-Garns 14 zu ermöglichen.
- Es gibt weitere Bedingungen, die es zu beachten gilt, um eine sichere Überwachung des Riemens 13 zu ermöglichen.
- Es ist wichtig, dass die Position des Indikator-Garns 24 innerhalb der Litze 21 so gewählt ist, dass die Filamente des Indikator-Garns 24 früher ermüden oder brechen als eine Kunstfaserlitze der Litze 21. Im Extremfall liegt das Indikator-Garn 24 am äusseren Umfang der Litze 21 und zwar genau auf der Seite des Riemens 23, die der grössten Biegebelastung ausgesetzt ist, wie in Figur 3A anhand der Schraffur gezeigt. Damit ist sichergestellt, dass das Indikator-Garn 24 stets eine Biegebelastung erfährt, die mindestens genauso gross ist wie die grösste Biegebelastung eines Kunstfasergarns der Litze 21. Die Kunstfasergarne sind in Figur 3A schematisch als Kreise mit weissem Umfang angedeutet. Bei einer Anordnung nach Figur 3A reicht es aus vorzugeben, dass die Bruchdehnung εult,Ind des Indikator-Garns 24 kleiner ist als die Bruchdehnung εult,Trag der einzelnen Kunstfasergarne der Litze 21. Die Litzen 21 sind in einem Riemenmantel 25 eingebettet.
- Ein weiterer Riemen 33 gemäss Erfindung ist in Figur 3B gezeigt. Dort liegt das Indikator-Garn 34 im Inneren der Litze 31 auf einer Seite vom Litzenzentrum aus gesehen, die in Richtung der Seite des Riemens 33 liegt, die der grössten Biegebelastung ausgesetzt ist, wie in Figur 3B anhand der Schraffur gezeigt. In einer solchen Anordnung erfahren die fünf schraffierten Kunstfaserlitzen eine Biegebelastung, die grösser oder gleich gross ist wie die Biegebelastung, die das Indikator-Garn 34 erfährt. Die Litzen 31 sind in einen Riemenmantel 35 eingebettet. Damit bei einer solchen Anordnung sichergestellt ist, dass das Indikator-Garn 34 Ermüdungserscheinungen zeigt oder bricht bevor eine der Kunstfaserlitzen der Litze 31 ermüdet oder bricht, sollte die folgende Bedingung erfüllt sein: die Bruchdehnung εult,Ind des Indikator-Gars 34 muss um einen Faktor A kleiner sein als die Bruchdehnung εult,Trag der einzelnen Kunstfasergarne der Litze 31, wobei der Faktor A unter anderem von der Position des Indikator-Garns 34 innerhalb der Litze 31 abhängt. Typischerweise gilt für A die folgende Bedingung: 0.2 < A < 0.9 und vorzugsweise 0.3 < A < 0.85.
- Solche Anordnungen sind jedoch aufwendig in der Herstellung, da gewährleistet sein muss, dass die Litze so in den Riemenmantel eingebettet sind, dass das Indikator-Garn stets nach "oben" gerichtet ist (Position zwischen 9 Uhr und 15 Uhr) und sich geradlinig parallel zur Längsrichtung des Riemens erstreckt. Versuche haben ergeben, dass dies jedoch nicht mit vertretbarem Aufwand realisierbar ist, unter anderem deswegen, weil die einzelnen Kunstfasergarne der Litzen verdreht sind, um dem Riemen die gewünschte Längstragfähigkeit zu verleihen.
- Gemäss Erfindung kann man folgende Bedingungen formulieren, die erfüllt sein müssen, um eine sichere Überwachung des Riemens zu ermöglichen:
- 1. Das Material der Indikator-Garne und das Material der Kunstfasergarne der Litze muss so gewählt sein, dass die Bruchdehnung εult,Ind der Indikator-Garne kleiner ist als die Bruchdehnung εult,Trag der einzelnen Kunstfasergarne der Litzen;
- 2. aus fertigungstechnischen Gründen muss das Indikator-Garn zusammen mit den Kunstfasergarnen der Litze verdreht sein; damit bildet das Indikator-Garn eine innige Verbindung mit den umliegenden Kunstfasergarnen und erfährt stets eine Biegebeanspruchung, die mit der Biegebeanspruchung der umliegenden Kunstfaserlitzen vergleichbar ist. Das Indikator-Garn verläuft also wendelartig entlang der Längsrichtung des Riemens. Falls das Indikator-Garn nicht am äusseren Umfang des Faserbündels liegt, so gilt die folgende zusätzliche Bedingung:
- 3. Je weiter das Indikator-Garn im Inneren der Litze liegt, um so kleiner muss die Bruchdehnung εult,Ind des Indikator-Garns sein;
- Optimierungsbetrachtungen und Simulationen haben ergeben, dass vorzugsweise die folgende Bedingung erfüllt sein muss, um eine sichere Überwachung unter Berücksichtigung der Biegedehnungen des Riemens bzw. der Garne gewährleisten zu können:
wobei für die Dehnung am Indikator-Garnradius RInd (gemessen vom Mittelpunkt der Litze wie definiert in Fig. 2C) gilt:
wobei für die Dehnung am maximalen Kunstfasergarnradius RTrag (gemessen vom Mittelpunkt der Litze wie definiert in Fig. 2C) gilt: - εult, Ind :
- Bruchdehnung des Indikator-Garns bzw. der Fasern des Indikator-Garns
- εult,Trag:
- Bruchdehnung des Kunstfasergarns bzw. der Kunstfasern:
- D:
- Treibscheibendurchmesser
- d:
- Riemendicke (falls die Litze bei der halben Riemendicke liegt)
- RInd:
- radiale Distanz des Indikator-Garns, gemessen vom Mittelpunkt der Litze (siehe Fig. 2C)
- RTrag:
- radiale Distanz des äussersten Kunstfasergarns, gemessen vom Mittelpunkt der Litze (siehe Fig. 2C)
- Nach der obigen Ungleichung kann bestimmt werden, wie die Bruchdehnung εult,Ind für das Indikator-Garn in Abhängigkeit von der (durch RInd charakterisierten) Position des Indikator-Garns im Innern der Litze gewählt werden muss, damit die Filamente des Indikator-Garns bei einer Belastung des Riemens früher brechen als die das Indikator-Garn umgebenden Kunstfasergarne der entsprechenden Litze. Der Faktor 0.88 in der Ungleichung ist ein empirischer Wert, der so ermittelt ist, dass das Verhalten des Indikator-Garns mit hinreichender Sicherheit Schlüsse auf das Bruchverhalten der Kunstfasergarne zulässt. Die obige Ungleichung hat jedoch nur Gültigkeit, wenn sich das Indikator-Garn nicht im Zentrum der Litze befindet und folglich der Effekt der Biegedehnungen dominant für das Bruchverhalten des Indikator-Garns ist. Wenn das Indikator-Garn im Zentrum oder in der Nähe des Zentrums der Litze angeordnet ist, wird das Bruchverhalten des Indikator-Garns weniger durch die Biegedehnungen des Riemens als durch die Zugbelastung bestimmt. Im letzteren Fall liegen für das Indikator-Garn bei einer Belastung des Riemens Bedingungen vor, die der Belastung eines Garns in einem geraden, nur durch Zug belasteten Riemen oder in einem geraden, nur durch Zug belasteten Seil entsprechen. In diesem Grenzfall ist eine hinreichende Sensitivität des Indikator-Garns gegeben, wenn die Ungleichung
- Gemäss Erfindung können zum Beispiel Kunstfasergarne aus Aramid verwendet werden. Aramid besitzt eine hohe Wechselbiegefestigkeit und eine hohe spezifische Bruchdehnung εult,Trag. Die Litzen des Riemens können entgegengesetzte Drehungsrichtungen aufweisen.
- Beispielsweise Kohlefasern haben sich als Filamente für das Indikator-Garn als besonders geeignet erwiesen, da sie spröder (d.h. kleine Bruchdehnung εult, Ind) sind als Aramid und da sie elektrisch leitfähig und zudem kostengünstig herstellbar sind.
- Der Riemenmantel umfasst ein Kunststoffmaterial. Die folgenden Kunststoffmaterialien sind besonders als Riemenmantel geeignet: Gummi, Neopren-Kautschuk, Polyurethan, Polyolefin, Polyvinylchlorid oder Polyamid.
- Gemäss Erfindung kann der Riemenmantel eine hantelförmige, zylindrische, ovale, konkave, rechteckige oder keilförmige Querschnittsform aufweisen.
- Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 4 als schematischer Querschnitt gezeigt. Der Riemen 43 umfasst insgesamt vier parallel verlaufende Litzen 41. Jede Litze 41 umfasst mehrere Kunstfasergarne und je ein Indikator-Garn 44, die miteinander verdreht sind. Die Indikator-Garne 44 verlaufen in jeder Litze 41 wendelartig entlang der Längsrichtung des Riemens 43. Im gezeigten Bespiel liegen die Indikator-Garne 44 von links nach rechts betrachtet ungefähr bei 12 Uhr, 1 Uhr, 9 Uhr und 4 Uhr. Schneidet man den gleichen Riemen 43 an einer anderen Stelle, so würde sich ein anderes Bild ergeben, was die Lage der Indikator-Garne 44 betrifft.
- Die Erfindung kann bei allen Riemen angewendet werden, die Kunstfaserlitzen zur Verstärkung aufweisen. Beispiele sind: Flachriemen, Poly-V-Riemen, Keilrippenriemen 53 (wie zum Beispiel in Figur 5 gezeigt), oder (Trapez)Zahnriemen 63 (wie zum Beispiel in Figur 6 gezeigt).
- Ein erfindungsgemässer Keilrippenriemen 53, wie in Figur 5 gezeigt, weist eine ganze Anzahl von parallel verlaufenden Litzen 51 auf, die in einem Riemenmantel 55 eingebettet sind.
- Ein erfindungsgemässer Trapez-Zahnriemen 63, wie in Figur 6 gezeigt, weist eine ganze Anzahl von parallel verlaufenden Litzen 61 auf, die in einem Riemenmantel 65 eingebettet sind.
- Gemäss Erfindung kann eine Kunstfaserlitze mehrere Indikator-Garne aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform weist der Riemen mehrere parallele Litzen auf. Eine erste Litze umfasst ein erstes Indikator-Garn, das eine erste Bruchdehnung εult,Ind1 aufweist. Eine zweite Litze umfasst ein zweites Indikator-Garn, die eine zweite Bruchdehnung εult, Ind2 aufweist. Gilt nun die folgenden Bedingung εult,Ind2 > εult, ind1, so spricht die erste Kohlefaser zuerst an, da diese erste Kohlefaser empfindlicher ist. Je nach Aufzugsanlage kann man in diesem Fall eine vorbestimmte Reaktion auslösen. Es kann zum Beispiel ein Serviceruf abgesetzt werden, oder der Aufzugsbetrieb kann eingeschränkt werden. Versagt die zweite Kohlefaser, so kann zum Beispiel der Aufzugsbetrieb ganz eingestellt werden.
- Es können auch mehrere Litzen je ein Indikator-Garn mit derselben Bruchdehnung εult,Ind enthalten und die Zunahme der Zahl von ausgefallenen Litzen dient als Auslösekriterium einer geeigneten Reaktion.
- Gemäss Erfindung kann eine Indikatorschaltung eingesetzt werden, die messtechnisch ermittelt, ob sich die Eigenschaften einer Kohlefaser verändert haben, oder ob eine Kohlefaser unterbrochen wurde. Dabei können zum Beispiel die Kohlefasern zweier Faserbündel an einem Ende des Riemens miteinander leitend verbunden sein. Am anderen Ende des Riemens kann man dann zum Beispiel eine Widerstandsmessung vornehmen, um Veränderungen erkennbar zu machen. Die Indikatorschaltung kann zum Beispiel einen oder mehrere Komparatoren und einen oder mehrere Analog/Digital-Wandler aufweisen, die eine Verbindung zur üblicherweise digital ausgeführten Aufzugssteuerung herstellen.
- Die Erfindung ermöglicht erstmals eine zuverlässige und frühzeitige Erkennung von Ermüdungen und Brüchen der Faserbündel, die einem Riemen die Tragfestigkeit verleihen. Ein derartiger Riemen kann rechtzeitig ausgewechselt werden.
Claims (8)
- Riemen (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) mit mindestens zwei Litzen (12; 21; 31; 41; 51; 61), die in sich gedrehte Kunstfasergarne aufweisen und die zur Kraftaufnahme in Längsrichtung (16) ausgelegt sind, wobei die Litzen (12; 21; 31; 41; 51; 61) parallel zueinander entlang der Längsrichtung (66) des Riemens (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) und mit einem Abstand (X) zueinander angeordnet und in einem Riemenmantel (15; 25; 35; 45; 55; 65) eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Litzen (12; 21; 31; 41; 51; 61) ein elektrisch leitfähiges Indikator-Garn (14; 24; 34; 44) aufweist, das zusammen mit den Kunstfasergarnen der Litze (12; 21; 31; 41; 51; 61) gedreht ist, wobei das Indikator-Garn (14; 24; 34; 44)- eine Bruchdehnung (εult,Ind) hat, die geringer ist als die Bruchdehnung (εult,Trag) einzelner Kunstfasergarne der Litze (12; 21; 31; 41; 51; 61), und- kontaktierbar ist, um eine elektrische Überwachung der Integrität des Indikator-Garns (14; 24; 34; 44) zu ermöglichen.
- Riemen (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Indikator-Garn (14; 24; 34; 44) spröder und weniger elastisch ist als das Kunstfasergarn der Litze (12; 21; 31; 41; 51; 61).
- Riemen (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale effektive Dehnung des Indikator-Garns (14; 24; 34; 44) unter Belastung kleiner ist als die Bruchdehnung (εult,Trag) der einzelnen Kunstfasergarne der Litze (12; 21; 31; 41; 51; 61).
- Riemen (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) dazu ausgelegt ist mindestens teilweise um eine Scheibe (11) umzulaufen, die einen Radius < 100mm, vorzugsweise < 50mm hat.
- Riemen (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Indikator-Garn (14; 24; 34; 44) mittels Kontaktmittel elektrisch kontaktierbar ist, die an einem oder an beiden Enden des Riemens befestigbar sind.
- Riemen (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen Flachriemen, Poly-V-Riemen, Keilrippenriemen, oder (Trapez)Zahnriemen handelt.
- Riemen (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) zur Verwendung in einer Aufzugsanlage als Tragmittel oder Treibmittel ausgelegt ist.
- Riemen (3; 13; 23; 33; 43; 53; 63) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Indikator-Garn (14; 24; 34; 44) ausserhalb des Zentrums der Litze (12; 21; 31; 41; 51; 61) angeordnet ist.
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