升降机的驱动系统或悬吊系统及包括该系统的装置的制作方法

本发明涉及驱动系统或悬吊系统、涉及包括该驱动系统或悬吊系统的装置、并且涉及该皮带的用途，该驱动系统或悬吊系统包括皮带轮和围绕该皮带轮弯曲的驱动皮带或悬吊皮带并且包括作为拉伸构件的高强度人造纤维。

背景技术：

具体而言，皮带在驱动技术和悬吊技术中扮演重要角色。也被称为力传输带的这种皮带可以被配置成扁平带、V型带、V型肋式带、齿形带、或复合缆绳。

在升降机技术中，钢缆是最常用的悬吊器件。这些年来，钢缆已经越来越多地被皮带取代。然而，皮带中的负荷承载元件同样是钢缆。原则上钢缆被形成为绳索构造。在绳索构造中，将非常大量的细丝扭绞在一起来形成绳索。这给予钢缆挠性。

钢缆的缺点在于其相对高的重量以及由该绳索构造导致的增大伸长性。该绳索构造因此实现了高挠性、但是也造成了不希望的高弹性或伸长性。

用于减轻重量的一个选择是高强度人造纤维，例如芳香族聚酰胺纤维、PBO纤维、玻璃纤维或碳纤维。为避免该构造伸长，这些纤维应尽可能都平行于彼此定位。当这些纤维被安排成实质上平行于彼此时得到最大刚度。然而，这样的平行纤维具有低的挠性。

在围绕牵引式皮带轮弯曲这样一束纤维时(例如，在升降机技术中)，外部纤维经受拉伸并且内部纤维经受压缩。图1c展示了弯曲时产生的拉伸力和压缩力。高强度纤维例如碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、或玻璃纤维对压缩应力非常敏感并且因此很容易断裂。因此在该应用需要弯曲纤维束时使用基本上平行的纤维束(实际上在减轻重量以及刚性特性方面是希望的)作为拉伸构件是困难的。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种将平行纤维束用作拉伸构件、但是避免这些纤维束在弯曲时产生压缩应力的系统。

该目的是通过对该纤维束提供有具有非常良好的压缩特性和拉伸特性的另外材料层出乎意料地实现的。具体取决于所需要的弯曲半径，在将具体应用的外层实施成使得在弯曲时，压缩应力主要出现在不关键的外层中并且该纤维束尽可能只经受拉伸。

因此该目的是通过驱动系统或悬吊系统实现的，该驱动系统或悬吊系统包括具有至少70mm直径的皮带轮以及围绕该皮带轮弯曲的驱动或悬吊皮带，其中该驱动皮带或悬吊皮带包括被安排在该皮带下侧上、面向该皮带轮的外层并且包括被直接安装在该外层的上方的至少一个拉伸元件；该外层是由具有弹性性能的聚合物材料构成的，并且该拉伸元件包括在该皮带的纵向方向上延伸的至少一个实质上单向纤维束，其中以下关系适应于：

a)当70mm≤d≤200mm并且Sh>95邵氏A时，b≥1.2x h

b)当70mm≤d≤200mm并且90邵氏A≤Sh≤95邵氏A 时，b≥1.5x h

c)当70mm≤d≤200mm并且Sh<90邵氏A时，b≥2x h

d)当200mm<d≤500mm时，1.5mm≤b

e)当d>500mm时，2.5mm≤b，

其中b是该外层的厚度，h是该拉伸元件的厚度，d是该皮带轮的直径，并且Sh是该外层的邵氏A硬度。

该皮带突出了高拉伸刚度。本发明的安排最佳地利用该驱动皮带或悬吊皮带中的拉伸元件的纤维束的刚度。具有高拉伸刚度的皮带可以围绕皮带轮弯曲，其中在纤维束中仅出现低的压缩应力(如果有的话)。这显著地改善了皮带的使用寿命。这允许在驱动装置或升降装置并且尤其在升降机系统中使用皮带。本发明在下文中详细阐明。

在本申请中该驱动皮带或悬吊皮带也简称为皮带。该皮带可以是连续性皮带、但优选地为开放式皮带。该皮带可以具有任何希望的长度，根据具体应用而定。

该皮带轮具有至少70mm的直径。能够使用任何标准的皮带轮。该皮带轮可以是例如偏转皮带轮或驱动皮带轮。该皮带轮优选地是牵引式皮带轮。

该驱动皮带或悬吊皮带可以围绕该皮带轮以任何希望的包角 (例如以90°至270°的包角)弯曲，取决于该驱动皮带或悬吊皮带、尤其取决于该牵引式皮带轮。

该驱动皮带或悬吊皮带包括外层和至少一个拉伸元件。该外层被至少布置在该皮带的下侧上、面向该皮带轮，这意味着它形成了该皮带轮的运行表面或接触表面。

该外层的弹性是借助于该外层是由具有弹性性能的聚合物材料形成而得到的。具有弹性性能的聚合物材料优选地为一种或多种弹性体或热塑性弹性体。

具有用于该外层的弹性性能的聚合物材料优选地是由橡胶和/ 或聚氨酯、特别优选的是聚氨酯形成的。

对于具有弹性性能的聚合物材料，特别是弹性体或热塑性弹性体的具体例子是乙烯-丙烯橡胶(EPM)、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)、部分氢化的或氢化丁腈橡胶(HNBR)、氟橡胶(FKM)、天然橡胶(NR)，氯丁橡胶(CR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶(BR)或聚氨酯(PU)，这些聚合物材料与至少一种另外的橡胶组分(特别是与上述橡胶类型之一)是未共混或例如以EPM/EPDM或SBR/BR共混物的形式共混在一起的。在此特别重要的材料是HNBR、EPM、EPDM、PU 或EPM/EPDM共混物。

该外层优选地是聚氨酯，在这种情况下该聚氨酯可以是弹性体或热塑性弹性体。该聚氨酯优选地通过聚氨酯预聚物与交联剂或交联剂体系的交联来获得。聚氨酯预聚物可以通过多元醇与多异氰酸酯的反应形成。借助于选择所使用的多元醇和多异氰酸酯，如果需要的话能够获得具有不同特性的聚氨酯预聚物。适合的多元醇的实例是聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇及聚醚多元醇。多异氰酸酯的实例尤其是二异氰酸酯，例如对苯二异氰酸酯和4,4'-亚甲基二苯基二异氰酸酯。

用于聚氨酯预聚物的交联剂是本领域技术人员已知的、并且还包括链增长剂。交联剂的实例是二元胺和二醇，例如丁烷-1,4-二醇。

具有用于外层的弹性性能的聚合物材料可以可选地包括本领域中常见的一种或多种添加剂。出于加固和染色的目的，这些添加剂实例是纤维、加工助剂、增塑剂、老化稳定剂、以及可选的另外的添加剂，例如纤维，尤其是短纤维。这些可选的添加剂可以在交联之前或期间混入起始组分中，即未交联的橡胶或聚氨酯预聚物和交联剂或交联剂体系。在这方面，参考通用橡胶混合技术的艺术。

该外层的硬度可以在广泛范围内变化并且可以根据应用来设置。该外层的邵氏A硬度例如可以在从80到99，优选地从90到96的范围内。邵氏A硬度是根据DIN 53505在23℃下确定的。

该驱动皮带或悬吊皮带进一步包括至少一个拉伸元件，该至少一个拉伸元件包括在该皮带的纵向方向上延伸的至少一个实质上单向纤维束。该至少一个纤维束是拉伸构件。

实质上单向纤维束是一束基本上彼此平行安排的纤维。这些纤维优选地是长纤维。基本上平行安排的一束长纤维也被称为粗纱。应了解的是，在工业系统中一般无法实现理想安排，例如纤维束。实质上单向纤维束通常也被简称为单向纤维束。

该拉伸元件中的至少一个实质上单向纤维束可以用基质(例如聚合物膜)、或纸、线和/或塑料来固定、或者嵌在塑料中。该至少一个实质上单向纤维束优选地具有扁平的构型。此类实质上单向纤维束是例如作为UD皮带、UD麻布、或UD层可市售的。

UD是单向的缩写。UD皮带和UD麻布也被称为UD纤维皮带或UD 纤维麻布并且包含基本上平行安排的长纤维、可选地用基质(例如聚合物膜)、或纸、线和/或塑料来固定。UD麻布可以例如通过纸粘合或线粘合固持在一起。UD层是纤维复合合成材料，其中基本上平行安排的长纤维嵌在塑料中。

可以将两个或更多个UD皮带、UD麻布或UD层层压在彼此顶上 (如果需要的话)来形成较大的复合物。在这些层压物中，相应的皮带、麻布、或层被特别安排成使得这些实质上单向纤维束被取向成在纵向方向上统一对齐。

用于固定或嵌埋这些实质上单向纤维束的适合塑料是热塑料、热固塑料(例如环氧树脂、酚醛树脂或聚氨酯)以及弹性体(例如橡胶或聚氨酯)。

包括至少一个单向纤维束的拉伸元件优选地是UD皮带、UD麻布、UD层、或其层压物。

该纤维束的纤维可以是人造纤维，例如碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维或玄武岩纤维。这些纤维束还可以是存在具有不同材料的两种或更多种纤维的混合纤维束。

该纤维束的纤维是由例如以下各项构成：碳、玻璃、聚苯并恶唑、芳香族聚酰胺、玄武岩、聚酰胺(PA)、聚酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚2,6-萘二甲酸乙二酯(PEN)或者由这些纤维中的至少两种构成，优选的是碳纤维、芳纶纤维、聚苯并恶唑纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维或这些纤维中的至少两种。特别优选的是由碳纤维构成的实质上单向纤维束以及由碳纤维和来自以上提及的这些纤维中的至少一种其他纤维构成的实质上单向混合纤维束，例如由碳纤维和玻璃纤维构成的混合物纤维束。

拉伸元件的厚度可以在广泛范围内变化，例如，取决于所使用的纤维材料、皮带轮的直径及其既定用途。该拉伸元件具有的厚度可以例如在从0.1mm至10mm、优选地在从0.5mm至5mm的范围内。该拉伸元件的宽度可以在广泛范围内变化，尤其取决于使用了仅一个连续性拉伸元件还是两个或更多个相邻拉伸元件。该拉伸元件具有的宽度可以例如在从5mm至100mm、优选地在从10mm至30mm的范围内。优选的是使用一个拉伸元件，或者可选地间隔开的例如2至 10个相邻的拉伸元件。

为了在使用皮带时避免或显著减少对纤维束的压缩应力，外层厚度是根据边界条件来设定的。在此背景下，拉伸元件的厚度、外层的材料特性(尤其是硬度)、以及最小的弯曲直径确定该外层的厚度。

已经发现取决于皮带轮直径的以下几何关系对皮带是最佳的并且应用于本发明的驱动系统和悬吊系统，其中b表示外层的厚度并且 h是拉伸元件的厚度：

A)在皮带轮的直径为70mm至200mm的情况下：

-针对具有的硬度>95邵氏A的外层：b≥1.2x h

-针对具有的硬度在90至95邵氏A的外层：b≥1.5x h

-针对具有的硬度<90邵氏A的外层：b≥2x h

B)在皮带轮的直径大于200mm小于500mm的情况下，外层的厚度b≥1.5mm。

C)在皮带轮的直径大于500mm的情况下，外层的厚度b≥2.5 mm。

根据关系A)、B)和C)，外层理论上还可以比根据这些关系需要的最小厚度厚得多，但是这从技术角度上是不明智和/或不必要的。仅通过举例，考虑了以上关系A)至C)，外层厚度b例如在皮带轮直径d为70mm至200mm的情况下可以在从0.2mm至1.5mm 的范围内、在皮带轮直径d大于200mm小于500mm的情况下可以在从1.5mm至3mm的范围内、并且在皮带轮直径d大于500mm的情况下可以在从2.5mm至5mm的范围内。然而，更大的层厚度是完全可能的。

该驱动皮带或悬吊皮带可以仅由外层和拉伸元件组成。在这个实施例中，在作为U形带时,外层是安装在拉伸元件的一侧上来获得该皮带。下文中阐明了该生产过程的细节。外层和拉伸元件作为复合物形成该皮带。

在优选的实施例中，该驱动皮带或悬吊皮带具有皮带本体，该皮带本体包括由具有弹性性能的聚合物材料构成的皮带背衬并且包括该外层。该拉伸元件可以用类似三明治的方式安排在该外层与皮带背衬之间。该拉伸元件优选地嵌在该皮带本体中。

具有用于皮带背衬的弹性性能的聚合物材料可以是具有弹性性能的相同聚合物材料，这些材料已经在上文中针对外层描述。因此，参考以上针对具有弹性性能的聚合物材料(包括优选实例)、添加剂、和硬度的细节。皮带背衬优选地也是由聚氨酯构成的。

该皮带背衬和该外层可以由相同的或不同的聚合物材料形成。在优选的实施例中，它们是由具有弹性性能的相同聚合物材料形成的。

在特定实施例中，该皮带背衬可以被配置成使得它在该皮带的与该外层相反的一侧上形成拉伸元件上的上部外层，以上针对外层提及的关系a)至e)或A)至C)同样应用于该上部外层。这两个外层在聚合物材料、硬度和/或层厚度方面可以是相同或不同的。以此方式，该皮带的一侧可以用作同一皮带轮或不同皮带轮的运行表面。在一个实施例中，皮带是对称的，这意味着该皮带具有如以上在拉伸元件下方和上方限定的外层，这两个外层是由相同材料构成的并且具有相同厚度。

该拉伸元件在纵向方向上连续地延伸穿过该皮带。在驱动皮带或悬吊皮带的横向方向上，该拉伸元件可以被安排成横跨该整个皮带宽度或该皮带宽度的一部分。还能够将两个或更多个拉伸元件在驱动皮带或悬吊皮带的横向方向上彼此相邻地安排，在这种情况下，这些拉伸元件处于厚度方向上的同一水平处。这些拉伸元件在横向方向上也可以是间隔开的，使得开放区域或用该皮带背衬填充的区域可以出现在外层上的这些单个拉伸元件之间。

对该至少一个拉伸元件施加外层以及可选地皮带背衬或将该至少一个拉伸元件优选地嵌在包括该外层和该皮带背衬的皮带本体中可以用本领域技术人员已知的常用方式(例如通过挤出或铸造、优选地挤出)来进行。在优选实施例中，该至少一个拉伸元件通过铸造或挤出嵌在聚合物材料中，在这种情况下，该聚合物材料形成了由外层和皮带背衬构成的皮带本体。在这种情况下，外层和皮带背衬是由具有弹性性能的相同聚合物材料形成的。

能够例如将可选地包含添加剂(如以上详细描述的)的热塑性弹性体通过加热转化成熔融物。该熔融物接着通过挤出或铸造施加到至少一个拉伸元件上，或者该至少一个拉伸元件通过挤出或铸造嵌入该熔融物中。在冷却之后，获得皮带。

该驱动皮带或悬吊皮带优选地是扁平带。该皮带优选地具有矩形截面，在这种情况下，该驱动皮带或悬吊皮带具有的宽度例如在从10mm到120mm、优选地在从15mm到80mm的范围内并且具有的厚度在从1mm到12mm、优选地在从1.5mm到8mm的范围内。该皮带的纵横比(即宽度与厚度的比)优选地在从5至30的范围内。该皮带优选地是驱动皮带。

本发明还涉及一种包括以上所描述的驱动系统或悬吊系统的装置。该装置优选地是驱动装置和/或升降装置并且特别是升降机系统。

以上所描述的皮带一般适用于驱动技术和升降技术的应用中。本发明因此还涉及包括作为运行表面的外层并且包括被直接安排在该外层上方的至少一个拉伸元件的皮带用作用于具有至少70mm直径的皮带轮的驱动皮带或悬吊皮带，其中，该外层是由具有弹性性能的聚合物材料构成的并且该拉伸元件包括在该皮带的纵向方向上延伸的至少一个实质上单向纤维束。相应地应用了以上与皮带相关的细节。

在使用本发明的情况下，优选的是，以上已经引用的关系应用于：

a)当70mm≤d≤200mm并且Sh>95邵氏A时，b≥1.2 x h，其中b优选地为0.2mm至1.5mm

b)当70mm≤d≤200mm并且90邵氏A≤Sh≤95邵氏 A时，b≥1.5x h，其中b优选地为0.2mm至1.5mm

c)当70mm≤d≤200mm并且Sh≤90邵氏A时，b≥2 x h，其中b优选地为0.2mm至1.5mm

d)当200mm<d≤500mm时，1.5mm≤b

e)当d>500mm时，2.5mm≤b，

其中b是该外层的厚度，h是该拉伸元件的厚度，d是该皮带轮的直径，并且Sh是该外层的邵氏A硬度。

如以上根据关系a)至e)已经阐明，外层理论上还可以比根据这些关系需要的最小厚度厚得多，但是这从技术角度上是不明智和/ 或不必要的。

附图说明

现在参考示意图通过工作实例来进一步阐述本发明。附图示出：

图1a-c单向纤维束的纵向截面；

图2根据本发明的弯曲皮带的纵向截面；

图3根据本发明的皮带围绕皮带轮弯曲的纵向截面；

图4a-b根据本发明的皮带的两个实施例的截面。

具体实施方式

图1a示出了没有应力下的单向纤维束的纵向截面。图1b示出了单向纤维束的纵向方向上存在拉伸应力的纵向截面并且示出了出现的拉伸力。图1c示出了单向纤维束在弯曲状态下的纵向截面并且示出了出现的拉伸应力和压缩应力。

图2示出了根据本发明的所使用的皮带的纵向截面，并且示出了出现的拉伸力和压缩力，其中在弯曲状态下外层1具有厚度b并且拉伸元件2具有厚度h。

图3示出了本发明的驱动或悬吊系统的纵向截面，其中具有外层1、拉伸元件2、以及皮带背衬3的皮带围绕皮带轮4弯曲，该外层具有厚度b，该拉伸元件具有厚度h。

在不旨在以任何方式限制本发明范围的示例性特定实施例中，根据图3，具有1.15mm厚度的外层1与皮带背衬3作为整体单元形成由具有92邵氏A的邵氏A硬度的聚氨酯弹性体构成的皮带本体。拉伸元件2嵌入皮带本体中。拉伸元件2是具有0.7mm厚度的UD 碳纤维皮带。该皮带是具有大约30mm宽度以及大约3mm厚度的扁平带。该皮带轮是具有大约100mm直径的牵引式皮带轮。这个实施例例如适合用作用于升降机系统的牵引式系统。

图4a-b示出了两个替代实施例中的皮带截面，在这两个实施例中一个拉伸元件2和三个拉伸元件2相应地嵌在皮带本体5中。每个皮带本体是由外层1和皮带背衬3形成的。这些各自可以是图3所示的皮带。在图4a中，拉伸元件2嵌在皮带轮5中。图4b示出了三个拉伸元件2在横向方向上被安排成彼此相邻并且彼此间隔开的实施例。产生的间隔是由皮带本体5填充的。这三个拉伸元件被安排在同一水平处。图4a和图4b示出了皮带的两侧被配置成外层的对称实施例。

附图标记说明

1 皮带的外层

2 皮带的拉伸元件

3 皮带的皮带背衬

4 皮带轮

5 皮带本体。