具有一体的监视装置的皮带

摘要

本发明涉及一种皮带(43)，具有至少两根绳股(41)，所述绳股具有加捻的合成纤维纱线，和用于吸收纵向的力。所述绳股(41)沿皮带(43)的纵向(66)相互间隔地设置和嵌入皮带壳面内，至少有一根绳股(41)具有导电的指示纱线(44)，所述指示纱线与绳股(41)的合成纤维纱线一起被加捻，其中指示纱线(44)设置在纤维束(41)中心的外面。指示纱线的断裂延伸率(εult和Ind)小于绳股(12；21；31；41；51；61)的各个合成纤维纱线的断裂延伸率(εult和Trag)，和指示纱线可被导电触接，以便实现对其完好性的监控。

说明书

本发明涉及一种皮带，具有多根相互间隔伸展的合成纤维绳股，所述合成纤维绳股嵌入皮带的壳面内。这种皮带特别适用于作为电梯设备的承载机构或驱动机构。

运行的缆索在输送技术领域，特别是在电梯、起重机械和矿山机械中是重要的高负载的机器部件。例如在电梯装置中采用的被驱动的缆索承受的应力是多层的。

在通常的电梯设备中，在电梯竖井内被导向的轿厢的轿厢框和对重通过多根钢丝绳相互连接在一起。为了实现轿厢和对重的升降，缆索绕过被驱动电机驱动的主动轮。驱动力矩在摩擦配合的作用下通过包角加在贴靠在主动轮上的缆索段上。其中缆索将受到拉应力、弯曲应力、压缩应力和扭应力的作用。分别根据情况的不同，相应的应力对缆索的状况将会产生不利的影响。由于钢丝缆索通常具有圆形的截面，所以缆索在围绕主动轮运行时会出现扭转，因此将造成在不同方向的弯曲。

在电梯设备中除了对强度的要求外，出于对能耗的考虑还需要重量尽可能地小。高强度的合成纤维缆索，例如由芳族聚酰胺，特别是具有高度定向的分子链的聚酰胺与钢丝缆索相比将较好地满足这些要求。

在截面相同和承载能力相同的情况下，由聚酰胺纤维制成的缆索与通常的钢丝缆索相比，其缆索重量是后者的1/4至1/5。与钢丝不同的是，聚酰胺纤维由于其分子链的方向相同，因而其横向强度要低于纵向承载能力。

而且由聚酰胺纤维制成的缆索将受到扭曲和弯曲应力的作用，所述扭曲和弯曲应力将导致缆索出现疲劳或断裂。

除了不同的缆索外，在工业中应用的还有皮带。皮带，例如楔形皮带主要用于汽车制造业或机械制造业。这类皮带分别根据负载程度被钢丝增强。在此通常涉及的是环形皮带。对环形皮带的监视较为昂贵，出于成本的考虑，因而不用于汽车制造领域。汽车制造业采用的方案是为使用的皮带限定使用寿命方式，以便保证在失效危险出现之前，对皮带进行更换。这种对使用寿命进行限制的措施仅适用于大的批量和便于对皮带更换的情况，因为在此可以进行必要的预先试验。

例如在本发明同一申请人的名称为“具有皮带状的传动机构，特别是具有作为承载机构和/或驱动机构的楔形筋皮带的电梯”的专利申请中所述，已经有采用齿带的电梯设备。齿带是一种型面配合的防打滑的传动机构，所述齿带例如与主动轮同步运行。齿带的齿的承载能力和啮合的齿的数量决定传动能力。

为了实现一种作为充分有效和首先可靠的承载机构或驱动机构的皮带，必须保证可以对皮带的疲劳和首先断裂危险的威胁进行识别。

例如在汽车制造业预先规定的寿命限制不太适用于作为电梯的承载机构或驱动机构。

其它的例如在采用钢丝缆索时得到验证的光学监视等的监视方式并不适用于皮带，其原因在于皮带的绳股被嵌入皮带的壳面内和因此是看不见的。在电梯系统中采用皮带的情况下，采用其它的诸如X光监视或超声波监视等监视方法是不经济的。

本发明的目的在于提出一种可对其状况进行监视的皮带。本发明的目的尤其在于，提出一种皮带，所述皮带具有监视机构和可作为电梯设备的承载或驱动机构。

根据本发明，该目的通过在权利要求1给出的特征得以实现。从属权利要求包含权利要求1的特征描述的本发明的最好的和有益的进一步设计和/或实施方式。

下面将对照附图对本发明加以详细说明。图中示出：

图1示意示出电梯设备，具有一个通过本发明的承载皮带与对重连接的轿厢；

图2A为主动轮与一段本发明的承载皮带的侧视图；

图2B为本发明的承载皮带的截面图；

图2C为本发明的承载皮带的截面放大局部图；

图3A为本发明的另一种承载皮带的截面放大局部图；

图3B为本发明的另一种承载皮带的截面放大局部图；

图4为本发明的另一种承载皮带的截面放大局部图；

图5位本发明的楔形筋皮带的截面图；

图6本发明的齿带的立体图。

在所有附图中用相同的附图标记表示相同的或功能相同的结构件，即使在个别细节上不同，也是如此。所述附图并不是按比例绘制的。

如图1所示，一个在竖井1内被导向的轿厢悬挂在本发明承载皮带3上，所述承载皮带优选包括由聚酰胺纤维构成的纤维束和绕过一与驱动电机4连接的主动轮5运行。皮带连接件6设置在轿厢2上，所述承载皮带3的一端固定在皮带连接件6上。承载皮带3的另一端同样固定在对重7上，所述对重7同样在竖井1内被导向。在所示的设置中涉及一种所谓的曳引比为1∶1的悬挂，其特征在于，本发明的承载皮带3只在一个方向弯曲，这是因为承载皮带仅围绕唯一一个主动轮5，并不像例如在曳引比为2∶1的悬挂情况通过其它的轮子被换向。

具有合成纤维绳股的承载皮带的相对重量较小，其优点在于，可以部分或完全省掉在电梯设备中通常的补偿皮带。

尽管采用了具有重量轻的合成纤维绳股的皮带，但在必要时也可以设置补偿皮带。这种补偿皮带的第一端以类似的方式接在轿厢2的下端上，从轿厢2的下端补偿皮带例如通过设置在竖井井底10上的换向轮被引向对重7。

为了提高采用皮带的系统的安全性，设置有一个监视系统。试验表明对皮带壳面的的监视并不能提供可靠的结果。在仅对皮带壳面进行检测的情况下并不会发现赋予皮带纵向强度的绳股的断裂或疲劳，因而将导致皮带突然失效。

所以对绳股直接进行监视是较为相宜的。但采用这种对绳股直接监视的问题是，皮带围绕主动轮运行时出现的弯曲变形相应较小。这是因为针对典型的在电梯设备中的应用，选定皮带的厚度比例如一相应的用于同样目的的具有圆截面的承载缆索的粗细要小。出于纯几何原因，一根在皮带内伸展的绳股在负载的情况下围绕主动轮运行时将受到比在同样负载的情况下一在相应设计的缆索中的绳股要小的弯曲变形。由于皮带与缆索的内部结构不同，因而与由绳股构成的缆索相比将产生用绳股增强的皮带的另一特点。在皮带内绳股相互独立地伸展和因此相互不会接触，而在缆索内的绳股通常相互扭绞在一起，从而造成多根相邻的绳股相互接触。在缆索被加载的情况下，特别是在相邻的绳股的接触点上将会出现咬死的现象，该咬死现象将伴随出现在接触点上绳股的特别大的弯曲变形。而在皮带的相应的负载的情况下，在皮带内相互独立设置的绳股将不会出现咬死的现象。所以与缆索的特征条件相比，对皮带的监视必须相应敏感和精确。迄今尚未有对皮带进行监视的方案。

在图2A至2C中示出在电梯设备中采用的本发明的皮带13。皮带13包括至少两根分别具有加捻的合成纤维纱线的绳股12，所述绳股用于吸收纵向的力。绳股12相互平行伸展和相互具有一间隔X地设置。绳股12嵌入一共同的皮带壳面15内。至少一根绳股12包括有导电的指示纱线(Indikator-Garn)14，所述指示纱线与绳股12的合成纤维纱线扭绞在一起和包含有由导电的材料，例如碳、诸如碳化钨等硬质合金、硼或导电的合成材料等构成的纤维(长丝)。如图2C所示，指示纱线14设置在绳股12中心的外面。为了使指示纱线14先于绳股12的合成纤维纱线断裂或出现疲劳现象，指示纱线14的断裂延伸率ε_ult，Ind必须小于绳股12的各个合成纤维纱线的断裂延伸率ε_ult，Trag。断裂延伸率ε_ult，Ind和断裂延伸率ε_ult，Trag是材料参数。另外，指示纱线14必须是可触接的，以便实现对指示纱线14的完好性的监视。

还有应予以注意的其它条件，以便实现皮带13的较为可靠的监视。

重要的是，指示纱线24在绳股21内位置的选择应使指示纱线24的长丝先于绳股21的合成纤维纱线疲劳或断裂。在极端的情况下，如图3A所示，指示纱线24位于绳股21的外圆周上和确切地说正好在皮带23受到最大的弯曲应力的一侧。从而保证了指示纱线24始终受到正好等于绳股21的合成纤维纱线的最大弯曲应力的弯曲应力。在图3A中用白圈表示合成纤维纱线。在图3A所示的设置中足以预先确定指示纱线24的断裂延伸率ε_ult，Ind小于绳股21的各个合成纤维纱线的断裂延伸率ε_ult，Trag。所述绳股21嵌入皮带壳面25内。

在图3B中示出本发明的另一种皮带33。其中指示纱线34位于绳股31内部以绳股中心为基准的一侧，该侧在如图3B的阴影所示在受到最大的弯曲应力的皮带33侧的方向上。在该设置中5根用阴影线表示的合成纤维绳股受到一个弯曲应力，所述弯曲应力大于或等于指示纱线34受到的弯曲应力。绳股31被嵌入皮带壳面35内。为了在这种设置中保证指示纱线34先于绳股31的其中一根合成纤维纱线出现疲劳现象或断裂，必须满足下述条件：指示纱线34的断裂延伸率ε_ult，Ind必须小于绳股31的各个合成纤维纱线的断裂延伸率ε_ult，Trag一个系数A，其中系数A取决于指示纱线34在绳股31内部的位置。通常下述条件适用于A：0.2＜A＜0.9和优选0.3＜A＜0.85。

由于必须确保绳股被嵌入皮带壳面内，使指示纱线始终在“上面”(在时钟9时和15时位置之间)和与皮带的纵向成直线平行延伸，所以这种设置制作昂贵。实验表明，并不能以典型的代价实现此点，另外的原因在于，绳股的各个合成纤维纱线必须扭绞在一起，以便使皮带具有所需的纵向承载能力。

根据本发明必须满足下述条件，以便实现对皮带可靠的监视：

1.对指示纱线的材料和绳股的合成纤维纱线的材料的选择应使指示纱线34的断裂延伸率ε_ult，Ind必须小于绳股31的各个合成纤维纱线的断裂延伸率ε_ult，Trag；

2.出于对制作工艺的考虑，必须将指示纱线与绳股的合成纤维纱线扭绞在一起；因而指示纱线构成与周围的合成纤维纱线的内部连接和始终受到弯曲应力，所述弯曲应力与周围的合成纤维绳股的弯曲应力相等。指示纤维纱线螺旋状地沿皮带的纵向伸展。

当指示纱线不在纤维束的外圆周上时，则下述的附加条件适用：

3.指示纱线在绳股的内部越靠内，则指示纱线的断裂延伸率ε_ult，Ind必须越小；

最佳化研究和模拟表明，优选必须满足下述条件，以便在考虑到皮带或纱线的弯曲变形的情况下保证可靠的监视：

$>>>>>ϵ>>eff>.>Trag>>>*>>ϵ>>ult>,>Ind>>>>>>ϵ>>eff>.>Ind>>>*>>ϵ>>ult>,>Trag>>>>>\le >0.88>$>

其中对指示纱线半径R_Ind上的变形(与图2C的定义相同从绳股的中间点测出)下式适用：

$>>>ϵ>>eff>.>Ind>>>=>>>>2>R>>Ind>>>D>+>d>>>$>

其中对合成纤维纱线最大半径R_Trag上的变形(与图2C的定义相同从绳股的中间点测出)下式适用：

$>>>ϵ>>eff>.>Trag>>>=>>>>2>R>>Trag>>>D>+>d>>>$>

其中

ε_ult，Ind：指示纱线或指示纱线纤维的断裂延伸率；

ε_ult，Trag：合成纤维纱线或合成纤维的断裂延伸率；

D：主动轮直径；

d：皮带厚度(当绳股是一半皮带厚度时)；

R_Ind：指示纱线的径向间隔，从绳股的中间点测出(见图2C)；

R_Trag：最外面的合成纤维纱线的径向间隔，从绳股的中间点测出(见图2C)。

根据上述不等式可以确定出如何根据指示纱线(由R_Ind描述的)在绳股内部的位置选择指示纱线的断裂延伸率，以便使在皮带加载的情况下指示纱线的长丝先于相应的绳股的环围指示纱线的合成纤维纱线断裂。在不等式中的系数0.88是一个经验值，求出的该值应使指示纱线的特性可以充分可靠地得出合成纤维纱线的断裂特性的结论。但只有在指示纱线不在绳股的中心位置和因此弯曲变形对指示纤维的断裂特性起着关键作用时，上述的不等式才适用。当指示纱线设置在绳股的中心或中心附近时，指示纱线的断裂特性将更多地由牵拉应力，而不是由皮带的弯曲变形决定。在后面的情况下，在皮带被加载时存在的条件与在一正好仅由拉力加载的皮带或一正好仅由拉力加载的缆索内的纱线的负载相符。在满足下述不等式

$>>>>ϵ>>ult>,>Ind>>>>ϵ>>ult>,>Trag>>>>\le >0.88>$>

时，在该极限状况下指示纱线将存在充分的敏感度。根据经验确定出极限值0.88，以便实现合成纤维纱线受损的可靠的结论。

根据本发明例如可以采用由聚酰胺构成的合成纤维纱线。聚酰胺具有高的交变弯曲强度和高的特异的断裂延伸率ε_ult，Trag。皮带的绳股可以具有相反的加捻方向。

例如由于碳纤维比聚酰胺脆(即断裂延伸率ε_ult，Ind)和是导电的和另外制作费用低廉，所以作为长丝特别适用于作指示纱线。

皮带壳面包括塑料材料。下述的塑料材料特别适用于作为皮带壳面：橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯、聚烯烃、聚氯乙烯或聚酰胺。

根据本发明皮带壳面可以具有哑铃形、圆柱形、椭圆、下凹的、矩形的或楔形的截面。

图4为本发明的另一实施方式的截面示意图。皮带43总共包括四根平行伸展的绳股41。每根绳股41包括多根合成纤维纱线和一根指示纱线44，所述纱线相互加捻在一起。在每根绳股41内指示纱线44成螺旋状沿皮带43的纵向延伸。在所示的例子中指示纱线44所位于的位置从左到右大致在时钟的12时、1时、9时和4时的位置。如果在另一位置将同一皮带43横切开，则将会得到有关指示纱线44位置的不同的图像。

本发明适用于具有增强的合成纤维绳股的各种皮带。例如扁平皮带、多V形皮带、楔形筋皮带53(如图5所示)或(梯形)齿带63(如图6所示)。

图5所示的本发明的楔形筋皮带具有整数的平行伸展的绳股51，所述绳股嵌在皮带壳面55内。

图6所示的本发明的梯形齿带63具有整数的平行伸展的绳股61，所述绳股嵌入皮带壳面65内。

根据本发明，合成纤维绳股具有多根指示纱线。根据进一步的实施方式皮带具有多根平行的绳股。第一绳股包括第一指示纱线，所述第一指示纱线具有第一断裂延伸率ε_ult，Ind1。第二绳股包括第二指示纱线，所述第二指示纱线具有第二断裂延伸率ε_ult，Ind2。当满足条件ε_ult，Ind2＞ε_ult，Ind1时，由于第一碳纤维较为敏感，所以第一碳纤维首先动作。分别根据电梯设备的不同，在此情况下可以触发一预定的反应。例如可以发出维护呼唤，或可以对电梯的工作加以限制。当第二根碳纤维失效时，例如可以完全停止电梯的工作。

多根绳股也可以分别具有一根具有相同的断裂延伸率ε_ult，Ind的指示纱线和将失效的绳股数量的增加作为触发一相应的反应的标准。

根据本发明采用一指示电路，所述指示电路通过测量求出是否碳纤维的特性发生了变化，或是否碳纤维出现断裂。其中例如可以将两根纤维束的碳纤维在皮带的一端上相互导电连接。在皮带的另一端上例如进行电阻测量，以便对变化进行识别。指示电路例如可以具有一个或多个比较器和一个或多个模/数转换器，所述模/数转换器建立用于通常的数字电梯控制的连接。

本发明首次实现了对赋予皮带承载强度的纤维束的疲劳和断裂的可靠和早期的识别。因此可以对这种皮带进行及时的更换。