ES2640952T3 - Banda de suspensión y de transmisión para ascensor - Google Patents

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Peter P. Feldhusen
Alan M. Parker
Jie Xu
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Mike Palazzola
Stephen D. Allen
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Abstract

Una banda de suspensión y transmisión (700, 900) para su uso con un sistema de ascensor, en la que la banda define una dirección longitudinal y una dirección transversal, en la que la banda comprende: a. un primer componente, en el que el primer componente (704, 904) comprende un composite formado de fibra no metálica y un segundo polímero que comprende un epoxi curado con tiol; y b. un segundo componente, en el que el segundo componente (702, 902) comprende un primer polímero, en el que el segundo componente está configurado para rodear al primer componente.

Description

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pueden extenderse transversalmente a toda la anchura de una banda. En otras versiones, los patrones pueden extenderse solamente para una porción de la longitud o anchura de una banda. Por ejemplo, los patrones pueden extenderse de una manera discontinua para producir una superficie de acoplamiento con regiones con patrones espaciadas. Los modelos ejemplares mostrados y descritos anteriormente no son exhaustivos. Otros patrones y/o direcciones que se pueden usar incluyen un patrón de diente de sierra, un patrón de orbe, un patrón de pirámide, un patrón cuadrangular, un patrón romboidal diagonal, entre otros.
III. Disposiciones de bandas
La figura 18 ilustra una disposición apilada para múltiples bandas (100, 200, 300). En esta disposición apilada, múltiples bandas (100, 200, 300) están situadas una sobre otra y configuradas para correr sobre una polea (120) de tracción. En otros ejemplos de ascensores de tambor, las múltiples bandas (100, 200, 300) apiladas están situadas una sobre otra y configuradas para ser enrolladas y desenrolladas alrededor de un tambor. En la versión ilustrada en la figura 18, tres bandas (100, 200, 300) cumplen las funciones del sistema de ascensores, por ejemplo, carga, seguridad y transmisión. En otras versiones se pueden usar bandas mayores o menores en la disposición apilada para llevar a cabo las funciones del sistema de ascensor.
La figura 19 ilustra una disposición en serie para múltiples bandas (100, 200, 300). En esta disposición en serie, múltiples bandas (100, 200, 300) están situadas lado a lado o espaciadas en algún intervalo. En algunas versiones, las bandas (100, 200, 300) espaciadas pueden correr sobre la misma polea de tracción. En algunas otras versiones, las bandas (100, 200, 300) espaciadas corren sobre más de una polea de tracción o rodillo. Como se muestra en la versión ilustrada de la figura 19, dos bandas (100, 200) pasan sobre la polea (120) de tracción mientras que una tercera banda (300) pasa sobre un rodillo (122) separado. En el presente ejemplo, las bandas (100, 200) sirven a las funciones de transporte de carga mientras que la banda (300) sirve a la función de seguridad. En otras versiones, pueden utilizarse bandas mayores o menores en la disposición en serie para servir las funciones de carga, transmisión y seguridad. En otros ejemplos de ascensores de tambor, las múltiples bandas (100, 200, 300) están situadas lado a lado o espaciadas en algún intervalo y configuradas para ser arrolladas y desenrolladas alrededor de uno o más tambores.
Mientras que las figuras 18 y 19 muestran generalmente disposiciones ejemplares apiladas y en serie para una o más bandas, en otras versiones pueden estar presentes otros sistemas, por ejemplo, las secciones de engranajes y la una o más bandas pueden configurarse para correr a través de dichos sistemas también. Además, en algunas versiones con múltiples bandas, las bandas pueden atravesar a través del sistema, corriendo así en la disposición apilada en algunos puntos y funcionando en las disposiciones en serie en otros puntos.
IV. Materiales
Como se ha expuesto anteriormente, las bandas están compuestas de uno o más componentes, y también pueden incluir uno o más componentes de revestimiento y/o uno o más componentes de borde. Los componentes, componentes de camisa y componentes de los bordes pueden estar compuestos por una variedad de materiales. La selección del material es impulsada por las propiedades deseadas para un componente particular, que a su vez es accionado por la(s) función(es) y/o característica(s) deseada(s) para el componente y la banda. Una lista no exhaustiva de las propiedades a tener en cuenta al hacer selecciones de materiales incluye: rigidez, resistencia a la tracción, peso, durabilidad, compatibilidad con otros materiales (por ejemplo, capacidad de refuerzo de fibra de vidrio
o de otra fibra), resistencia al calor, estabilidad dimensional, fricción superficial, absorción de vibraciones, entre otros.
Como se mencionó anteriormente, las consideraciones funcionales y las características relacionadas con estas y otras propiedades pueden incluir transporte de carga, seguridad, transmisión, unión y protección. Los siguientes párrafos describen varias categorías de materiales y ejemplos de materiales específicos. Aunque algunos de estos materiales pueden ser discutidos en el contexto de una o más consideraciones y/o características funcionales, los materiales pueden tener aplicación en relación con otras consideraciones y/o características funcionales. También, la discusión de materiales se refiere a componentes en general, y se pretende que la discusión de materiales se aplique igualmente a todos los componentes que se pueden usar en la construcción de una o más bandas como se describe en la presente memoria. Así, por ejemplo, cualquiera de los componentes descritos anteriormente puede estar compuesto de cualquiera de las opciones de material descritas a continuación.
Las bandas pueden estar compuestas de materiales que incluyen fibras, polímeros, compuestos de fibras y polímeros y aditivos. Las siguientes secciones describirán estos materiales con mayor detalle.
A. Fibras y tejidos
La fibra es una categoría de material que se puede utilizar para proporcionar resistencia a una banda, y la fibra puede servir a la carga y las funciones de seguridad. La fibra puede ser filamentos continuos o piezas alargadas discretas, similares a las longitudes de hilo. La fibra puede ser natural (por ejemplo, algodón, cabello, piel, seda, lana) o manufacturada (por ejemplo, fibras regeneradas y fibras sintéticas). La fibra se puede formar en tejidos de numerosas maneras y tener diversos patrones como se describe más adelante. La fibra puede combinarse con resina plástica y enrollarse o moldearse para formar materiales de composite (por ejemplo, plástico reforzado con
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Tabla 1: Propiedades de las fibras de carbono ejemplares
Mfg. Procedimiento
Nombre Mfr. Módulo de tracción (msi) Resistencia a la tracción (ksi) Fuerza Comp (ksi) Fibra TC (W/mK) Densidad de fibra (g/cc) Fibra Elong (%) Tamaños de remolque (K)
PAN
M40J Toray 54 (0,37 MPa) 640 >175 - 1,77 1,2 6/12
M55J
Toray 78 (0,53 MPa) 585 125 - 1,91 0,8 6
TONO
K13710 Mitsubishi 92 (0,63 MPa) 500 55 220 2,12 - 10
K1392U
Mitsubishi 110 (0,75 MPa) 540 58 (399 MPa) 210 2,15 0,5 2
K800
Amoco 125 (0,86 MPa) 300 - 800 2,15 - 2
K13C2U
Mitsubishi 130 (0,89 MPa) 550 57 (393 MPa) 620 2,2 0,4 2
K1100
Amoco 135 (0,93 MPa) 460 30 (206 MPa) 1100 2,2 0,25 2
K13D2U
Mitsubishi 140 (0,96 MPa) 580 50 (344 MPa) 790 2,15 - -
Tabla 2: Propiedades de Fibra de Carbono y Acero
Material
Resistencia a la tracción (GPa) Módulo de tracción (GPa) Densidad (g/ccm) Resistencia específica (GPa)
Fibra de Carbono de Grado Estándar
3,5 230,0 1,75 2,00
Acero de Alta Tensión
1,3 210,0 7,87 0,17
3. Fibras híbridas
Una fibra híbrida ejemplar combina la fibra de boro con el preimpregnado de carbono. Hy-Bor es la marca de una fibra híbrida que combina la fibra de carbono MR-40 de Mitsubishi Rayon, la resina epoxídica NCT301 de curado a 10 250 °F (121,11 ºC) y una fibra de boro de 4 milímetros de diámetro. En comparación con una fibra de carbono comparable, la fibra de boro-carbono proporciona propiedades de flexión y compresión incrementadas y resistencia mejorada a la compresión de orificios abiertos. Además, se puede conseguir un recuento de capas de carbono reducido en diseños críticos de compresión. Con diseños de fibra híbrida, tales como Hy-Bor, las propiedades pueden ser adaptadas variando la cuenta de fibra de boro y las configuraciones de preimpregnación de carbono. La
15 Tabla 3 muestra las propiedades de fibras de carbono ejemplares y fibras híbridas de carbono-boro.
Tabla 3: Propiedades de fibras de carbono ejemplares y fibras de carbono-boro
Tipo de fibra
Resistencia a la tracción (ksi) Resistencia a la compresión (ksi)
AS4/EK78 (fibra de carbono)
303 (2089 MPa) 245 (1689 MPa)
Celion 12K/EK78 (fibra de carbono)
293 (2020 MPa) 206 (1420 MPa)
M55J/954-3 (fibra de carbono)
324 (2234 MPa) 136 (937 MPa)
IM-7/3501-6 (fibra de carbono)
370 (2251 MPa) 210 (1448 MPa)
MR-40/301 (fibra de carbono)
295 (2034 MPa) 180 (1241 MPa)
4 mil Boro (100 fibras/pulgada) + MR-40/301
235 (1620 MPa) 340 (2344 MPa)
4 mil Boro (208 fibras/pulgada) + MR-40/301
275 (1896 MPa) 400 (2758 MPa)
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Al igual que los materiales tejidos, los tejidos trenzados incluyen fibras que están mecánicamente entrelazadas entre sí. Prácticamente cualquier fibra con un grado razonable de flexibilidad y lubricidad superficial puede ser trenzada económicamente. Las fibras típicas incluyen aramida, carbono, cerámica, fibra de vidrio, así como otras diversas fibras naturales y sintéticas. Las fibras de los tejidos trenzados son continuas, y esto contribuye a que los tejidos
5 trenzados proporcionen una distribución generalmente uniforme de la carga en toda la estructura. Esta distribución de la carga también contribuye a la resistencia al impacto de las estructuras trenzadas. En algunas versiones con bandas compuestas de tejidos trenzados compuestos, se produce una banda relativamente más fuerte, más resistente y/o más flexible con respecto a una tela tejida compuesta comparable.
B. Polímeros
10 Los polímeros definen una clase de materiales que pueden servir a diversos propósitos cuando se construye una banda o componentes de una banda. Los polímeros se pueden usar en bandas solas, o como un material de matriz para unir fibras para formar un tejido compuesto o una red de fibra y polímero. En algunas versiones, los polímeros son de tipo termoendurecible mientras que en otras versiones los polímeros son de tipo termoplástico. La Tabla 13 lista ejemplos de polímeros termoplásticos y termoendurecibles. La Tabla 14 muestra propiedades de materiales
15 termoplásticos ejemplares. La Tabla 15 muestra las propiedades de materiales polímeros ejemplares. Los párrafos que siguen a las tablas describen polímeros que pueden usarse solos o como materiales de matriz en compuestos de fibra-polímero.

Tabla 13: Algunos ejemplos de polímeros termoplásticos y termoestables
Termoplástico
Termoendurecido
Acrilonitrilo butadieno estireno, (ABS)
Polieteretercetona, (PEEK) Resina de alilo, (Alil)
Celulósico
Polieterimida, (PEI) Epoxi
Alcohol de etileno y vinilo, (E/VAL)
Polietersulfona, (PES) Melamina formaldehído, (MF)
Fluoroplásticos, (PTFE), (FEP, PFA, CTFE, ECTFE, ETFE)
Polietileno, (PE) Plástico de fenol-formaldehído (PF), (fenólico)
Ionómero
Polietilenoclorinatos. (PEC) Poliéster
Polímero Cristal líquido, (LCP)
Poliimida, (PI) Poliimida, (PI)
Poliacetal, (Acetal)
Polimetilpenteno, (PMP) Poliuretano. (PU)
Poliacrilatos, (Acrílico)
Óxido de polifenileno, (PPO) Silicona, (SI)
Poliacrilonitrilo, (PAN), (acrilonitrilo)
Sulfuro de polifenileno, (PPS) Resina de alilo, (Alil)
Poliamida, (PA), (Nylon)
Poliftalamida, (PTA) Epoxi
Poliamida -imida, (PAI)
Polipropileno, (PP) Melamina formaldehído, (MF)
Poliariletercetona, (PAEK), (cetona)
Poliestireno, (PS)
Polibutadieno, (PBD)
Polisulfona, (PSU)
Polibutileno, (PB)
Poliuretano, (TPU)
Policarbonato, (PC)
Polivinilcloruro, (PVC)
Poliectona, (PK)
Cloruro de polivinilideno, (PVDC)
Poliéster
Elastómeros termoplásticos, (TPE)
Tabla 14: Propiedades de los termoplásticos ejemplares
Polímero
Densidad (kg/m3) Resistencia a la tracción (N/mm2) Elongación (%) Módulo de Young (GN/m2) Número de rusticidad Brinell
PVC
1330 48 200 3,4 20
Poliestireno
1050 48 3 3,4 25
PTFE
2100 13 100 0,3 N/D
Polipropileno
900 27 200-700 1,3 10
Nylon
1160 60 90 2,4 10
Nitrato de Celulosa
1350 48 40 1,4 10
Acetato de celulosa
1300 40 10-60 1,4 12
Acrílico (metacrilato)
1190 74 6 3,0 34
Polietileno
950 20-30 20-100 0,7 2
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ejemplo solamente, y no de limitación, en algunas versiones de acrilatos multifuncionales ejemplares, el triacrilato es triacrilato de trimetilolpropano o tetraacrilato de pentaeritritol. Los tri (met) acrilatos aromáticos pueden obtenerse por reacción de triglicidil-éteres de fenoles trihídricos y novolacas de fenol o cresol que contienen tres grupos hidroxilo, con ácido (met) acrílico.
5 El compuesto que contiene acrilato incluye un compuesto que tiene al menos un grupo terminal y/o al menos un grupo insaturado colgante, es decir interno, y al menos un terminal y/o al menos un grupo hidroxilo colgante, tal como hidroxi mono (met) acrilatos, hidroxi poli (met) acrilatos, hidroxi-monoviniléteres, hidroxi-polivinil-éteres, pentaacrilato de dipentaieritritol (SR® 399), triacrilato de pentaeritritol (SR® 444), diglicidil éter diacrilato de bisfenol A (Ebecryl 3700), poli (met) acrilatos SR® 295 (tetracrilato de pentaeritritol ); SR® 350 (trimetacrilato de
10 trimetilolpropano), SR® 351 (triacrilato de trimetilolpropano), SR® 367 (tetrametacrilato de tetrametilolmetano), SR® 368 (triacrilato de tris (2-acriloxietil) isocianurato), SR® 399 (pentaacrilato de dipentaeritritol), SR® 444 (triacrilato de pentaeritritol), SR® 454 (triacrilato de trimetilolpropano etoxilado), SR® 9041 (éster pentaacrilato de dipentaeritritol), CN® 120 (diacrilato de bisfenol A-epiclorhidrina) y otros.
C. Compuestos
15 Como se ha introducido anteriormente, en algunas versiones de una banda, los componentes están compuestos de material de composite hecho de fibra y una matriz polimérica. El material de matriz puede funcionar para transferir tensión entre las fibras de refuerzo, actuar como un pegamento para mantener las fibras juntas, y proteger las fibras de daños mecánicos y ambientales. Además, el material de matriz puede proporcionar alguna medida de resistencia y rigidez; sin embargo, generalmente las fibras sirven a la mayor parte de la función de transporte de carga y por lo
20 tanto contribuyen en gran medida a las características de resistencia de la banda.
A continuación, la Tabla 17 muestra una comparación de relaciones de módulo para compuestos rígidos y flexibles ejemplares. Además, la Tabla 18 muestra una comparación entre las propiedades mecánicas de materiales de composite reforzados con fibras y metales.

Tabla 17: Razones de Módulo para Compuestos Ejemplares 25
Sistema compuesto filamentario
Módulo reforzado, Ec (Gpa) Módulo Matriz, Er (Gpa) Módulo longitudinal de la capa, E1 (Gpa) Módulo de plegado transversal, E2 (Gpa) Relación del módulo, Ec/Er Anisotropía, E1 /E2
Vidrio epoxi
75,0 3,4000 50,0 18,000 22,0 2,8
Grafito-epoxi
250,0 3,4000 200,0 5,200 74,0 38,0
Caucho de nylon
3,5 0,0055 1,1 0,014 640,0 79,0
Caucho de rayón
5,1 0,0055 1,7 0,014 930,0 120,0
Caucho de acero
83,0 0,0140 18,0 0,021 5,900,0 860,0
Tabla 18: Propiedades de compuestos y metales ejemplares
Densidad g/cm3
Módulo Gpa (Msi) Resistencia a la tracción Mpa (ksi) Rendimiento Fuerza Mpa (ksi) Relación entre el módulo y el peso 10-6 m Relación entre la resistencia a la tracción al peso 103 m
Matriz de fibra de carbono-epoxi de alto módulo (unidireccional)
1,63 215 1240 - 13,44 77,5
Matriz de fibra de carbono de alta resistencia y epoxi (unidireccional)
1,55 137,8 1550 - 9,06 101,9
Matriz de fibra epoxi Kevlar 49 (unidireccional)
1,38 75,8 1378 - 5,6 101,8
Matriz de fibra epoxi de vidrio E (unidireccional)
1,85 39,3 965 - 2,16 53,2
Fibra de carbono-matriz epoxi (cuasi-isotrópico)
1,55 45,5 579 - 2,99 38
Acero SAE 1010 (trabajado en frío)
7,87 207 365 303 2,68 4,72
Acero AISI 4340 (templado y templado)
7,87 207 1722 1515 2,68 22,3
23
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(continuación)
Categoría del material
Tipo de material Transporte de carga Protección y Transmisión Mejora de Superficie Unión Lubricante
Materiales Especiales
Teflón X X
Caucho sintético
X X
Gore
X
Lubricante
X
Epoxi
Epoxi-acrilato X X X
Sistema epoxi-tiol
X X X
Epoxi-tiol/Ene-tiol híbrido
X X X
Resina Novalac
X X X
Prepolímero terminado en epóxido
X X X
Fibra
Carbono X X
Aramida
X X
Zylon
X X
Fibra de vidrio
X X
Dyneema
X X
Vectran
X X
Cerámica
X X X
Boro
X X X
Zirconia
X X X
Grafito
X X X
Tungsteno
X X X
Híbrido (carbono/aramida, vidrio/aramida, carbono/vidrio)
X X
Polvo
Vidrio X X X
Basalto
X X X
Boro
X X X
Alúmina/sílice
X X X
Al203
X X X
Cuarzo
X X X
Cerámico
X X X
Cobre
X X X
Plástico de alta rigidez
X X X
Acero (hierro)
X X X
Adhesivo
Norland X
Adhesivo epoxi (epoxi Gorilla, epoxi curado con tiol, híbrido epoxi-tiol/enetiol, epoxi curado con amina)
X X X
Epoxi-acrilato
X X X
Poliuretanos
X X X
Acrilonitrilo-bases
X X X
Admer
X
VI. Bandas ejemplares
Con referencia ahora a las figuras 1-4, en una versión, la banda (100) comprende una capa única. En esta versión, 5 la banda (100) comprende un componente único (114) que está compuesto de fibra de carbono y compuesto de poliuretano. En el presente ejemplo, la fibra de carbono es una fibra continua orientada en la dirección longitudinal de la banda (100). El contenido de fibra de carbono del compuesto es aproximadamente 70 % en volumen, con un conteo de filamentos de aproximadamente 2000. El contenido de carbono de las fibras es aproximadamente 95 %. La fibra continua es unidireccional con una densidad de aproximadamente 1,81 g/cc, un diámetro de filamento de 10 aproximadamente 7,2 µm y un espesor de aproximadamente 1400 µm. La resistencia a la tracción final de la fibra es de aproximadamente 4137 MPa y el módulo de tracción es de aproximadamente 242 GPa. La resistividad eléctrica de la fibra es de aproximadamente 0,00155 ohm-cm. El peso del área es de aproximadamente 1640 g/m2. En el presente ejemplo, las dimensiones de la banda (100) son de aproximadamente 20 mm de ancho y aproximadamente 2 mm de grosor. También en el presente ejemplo, la banda (100) tiene una carga de rotura que excede 15 aproximadamente 32 kN. La banda (100) en el presente ejemplo se puede usar sola para proporcionar las funciones de carga, seguridad y transmisión descritas anteriormente. En otras versiones, dos o más bandas (100) del presente ejemplo están superpuestas en una disposición apilada, o espaciadas en una disposición en serie para proporcionar estas funciones.
Con referencia ahora a la figura 10, en una versión, la banda (700) comprende un componente (704) rodeado por el
29
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