Bestimmung der auf die Führungsschienenbefestigung wirkenden Lasten unter bestimmten Lastbedingungen

von Sühan Atay, Eren Kayaoğlu, Adem Candaş,
C. Erdem İmrak, Sefa Targıt und Yusuf Z. Kocabal

Dieses Papier wurde präsentiert bei  Paris 2014, International Congress on Vertical Transportation Technologies, und erstmals im IAEE-Buch veröffentlicht Aufzugstechnik 20, herausgegeben von A. Lustig. Es handelt sich um einen Nachdruck mit Genehmigung der International Association of Elevator Engineers  (Webseite: www.elevcon.com). Dieser Artikel ist ein exakter Nachdruck und wurde nicht von ELEVATOR WORLD bearbeitet.

Abstract

Im Hinblick auf Sicherheit und reibungslose Bewegung sind Führungsschienen und ihre Befestigungskomponenten wesentliche Elemente des gesamten Aufzugssystems. Belastungen, die während der normalen Fahrt der Aufzugskabine auf die Führungsschienen und Befestigungselemente einwirken, führen zu Biege- und Knickspannungen (bzw. Zugspannungen). In dieser Studie werden numerische Berechnungen nach EN 81-1 für bestimmte Belastungsfälle erläutert. Spannungen und Verformungen, die an den Befestigungskomponenten (Bolzen und T-Clips) auftreten, werden experimentell untersucht. Abschließend werden die Ergebnisse der numerischen Berechnung und der Versuchsergebnisse verglichen und diskutiert.1.

1. Einleitung

Aufzugsanlagen bestehen aus vielen Elementen. Schienenhalterungen und Stahlklammern dienen zur Befestigung der Führungsschienen an der Schachtwand und sorgen für die Linearität der Führungsschienen. Dies sind die wesentlichen Elemente eines kompletten Schienenbefestigungssystems. Führungsschienen sind aus Sicherheitsgründen das wichtigste Element von Aufzugsanlagen. Die Grundfunktionen der Führungsschienen und Schienenbefestigungen im Aufzugssystem bestehen darin, die Aufzugskabine und das Gegengewicht bei ihrer vertikalen Bewegung zu führen, die horizontale Bewegung der Kabine so weit wie möglich zu minimieren, ein Kippen der Kabine aufgrund exzentrischer Belastung zu verhindern und außerdem einen sicheren Stand zu gewährleisten und die Kabine während des Betriebs der Fangvorrichtung im Falle eines freien Falls der Personenkabine zu stoppen. Während der Fahrt der Aufzugskabine, dem Betrieb der Fangvorrichtung und seismischen Aktivitäten treten auf Führungsschienen und Schienenbefestigungen verschiedene Kräfte auf. Bei unsachgemäßer Montage der Führungsschienen, insbesondere während des Betriebs der Sicherheitsbremse, würden die Führungsschienenhalterungen übermäßigen Belastungen ausgesetzt sein. Diese auf sie einwirkenden Kräfte führen zu Biege- und Knickbeanspruchungen (bzw. Zugbeanspruchungen), die sich auf Verbindungselemente und Montageelemente auswirken. Die Durchsicht der Literatur zu diesem Thema zeigt, dass Studien zur Spannungs- und Durchbiegungsanalyse von Führungsschienen, Halterungen und Stahl-T-Clips im Allgemeinen auf die Computerumgebung beschränkt blieben (Atay 2013).

2. Führungsschienen, Halterungen und Befestigungselemente

In dieser Studie ging es um Verbindungselemente unter bestimmten Belastungsbedingungen. Führungsschienen und das komplette Schienenbefestigungssystem sind in Abbildung 1 dargestellt.

Die Idee, das Verhalten von Aufzugshalterungen und ihren Verbindungen unter statischen und dynamischen Belastungen mit einer experimentellen Studie zu untersuchen, entstand aus Erkenntnissen, die als Ergebnis einer experimentellen Spannungsanalyse von Aufzugsführungsschienen und Finite-Elemente-Modellierung und Simulationsstudien im Elevator (Lift) Technologies Laboratory der ITU-Fakultät für Maschinenbau sowie einem Versuchssatz gewonnen wurden, der von Dr. Merz von der Firma HILTI in den umfassenden Artikeln vorgelegt wird (Merz 2008, 2010).

Das Halterungsverbindungssystem führt unter den während der Tests angewendeten Lasten zu Verschiebungen oder Relativbewegungen. Belastungen auf Schienenhalterungen und deren Verbindungen zur Befestigung von Führungsschienen an der Wand des Aufzugsschachts, experimentell untersucht. In diesem Fall werden die Halterungen mit vorgespannten Schrauben befestigt (Abbildung 3). Dabei entsteht durch die Einwirkung von Querkräften zwischen den Teilen ein μF_vor Reibungskraft, (F_fric) tritt ein. Es werden die theoretischen Grundlagen von Verbindungselementen für die Wirksamkeit der mechanischen Verbindung dargelegt (1).

F_fric = μF_vor ≥ F/i oder μF_vor = c0 F/I (1)

Dabei ist i die Anzahl der Schrauben und c₀ = 1.1 - 1.5 der Sicherheitsfaktor gegen Gleiten. Aus dieser Gleichung lässt sich die für die Verbindung erforderliche Kraft ermitteln.

M12-Bolzen und T3-T-Bolzen sind gemäß den Normen für T90-Führungsschienen geeignet (Imrak und Gerdemeli, 2000).

3. Testaufbau

Zur Untersuchung der Grundelemente der Aufzugsanlage, zur Untersuchung des Verhaltens der verschiedenen Lastfälle, zur Überwachung und zu neuen konstruktiven Maßnahmen wurde ein Versuchsaufbau konzipiert und installiert. Experimente, die mit diesem Experimentierset durchgeführt werden sollen; Ziel ist es, mit den Grundelementen der Aufzugsanlage greifbare konkrete Daten zu gewinnen. Für eine experimentelle Untersuchung der Führungsschienenhalterungen und ihrer Verbindungen wurden mit Unterstützung und Beiträgen der Sponsorunternehmen Möglichkeiten innerhalb des Experimentiersatzsystems konzipiert und etabliert. Der Versuchssatz wurde so konzipiert, dass er über die Qualitäten verfügt, die es ermöglichen, in Zukunft Konformitätsberichte sowie Untersuchungen und Untersuchungen zu einer Vielzahl von Führungsschienenhalterungen und ihren Verbindungen umfassender durchzuführen. Dieses Experimentierset-System besteht aus vier Hauptstrukturen. Dabei handelt es sich um einen tragenden Strukturrahmen, der zur Verbindung der in experimentellen Studien zu prüfenden Elemente dient, ein Hydraulikaggregat, das variable Lasten bereitstellt, eine Steuer-/Antriebseinheit und Sensoren. Der tragende Strukturrahmen dient zur Verbindung der Versuchselemente. Er besteht aus dem Material St37 und ist eine Struktur, die durch Schweißen unter Verwendung von Profilen aus T90-Führungsschienen gebildet wird. Das zur Simulation der beim Betrieb eines Aufzugs wirkenden Aufzugskabinenlasten konzipierte System diente der Anwendung von Zug- und Scherkräften auf eine Führungsschieneneinheit.

Während der experimentellen Studien wurden Datenerfassungs- und Messgeräte verwendet. Der Testaufbau wurde für die experimentelle Spannungsanalyse kompletter Führungsschienen-Befestigungssysteme konzipiert. Halterungen und Befestigungselemente wurden mit den T90/B-Führungsschienen am Testturm der ITU-Fakultät für Maschinenbau verbunden (Abbildung 4). Verfügbare Sensoren und Datenerfassungssystem, verbunden mit den Führungsschienenbefestigungen. Echtzeitdaten wurden durch die Untersuchung verschiedener Beladungsbedingungen der Aufzugstestkabine gewonnen. Die Tests wurden im 7.3 m hohen Testturm durchgeführt.

Der Zweck der Tests bestand darin, die Kräfte der Führungsschienenbefestigungen und -halterungen unter verschiedenen Belastungsbedingungen der Aufzugskabine zu untersuchen und die Ergebnisse experimentell zu interpretieren.

Das USB-Sensorschnittstellengerät wird zum Übertragen von Daten von Sensoren an die PC-Umgebung (DigiVision-Software) verwendet (Abbildung 5). Es verfügt über eine 16-Bit-Auflösung und ermöglicht bis zu 2500 Messungen pro Sekunde.

Lastmesssensoren werden in zwei Kategorien unterteilt; Dabei handelt es sich um Zug- und Druckkraft-Wägezellen und Donut-Wägezellen (Abbildung 6). In dieser Studie wurden Donut-Wägezellen verwendet, um die Druckbelastungen auf Schrauben zu untersuchen.

Im Test wurden 8-Personen-Aufzugskabinen mit leeren und beladenen (100 % vollen) Koffern untersucht. Im Rahmen der Aufzugskabine wurden Stahlgussgewichte mit einem Gewicht von jeweils 17.3 kg verwendet, um den Leer- und Vollzustand sicherzustellen (Abbildung 7).

Am Testturm wurden Halterungselemente aus St37-Material verwendet. Die Testergebnisse wurden mit Wägezellen vom Ringtyp (Donut) ermittelt, die auf Führungsschienenbefestigungen (Stahlklammern) angebracht waren (Abbildung 8). Während der Fahrt des Testwagens wurden die auf die Halterungen und die Halterungsverbindungen ausgeübten Kräfte mithilfe von Donut-Wägezellen beobachtet.

Bei den Tests wurde eine Standardführungsschiene vom Typ T90/B verwendet. Die Führungsschienen wurden mit vier Lagern an der Basis befestigt und der Abstand zwischen den Führungsschienen-Montagehalterungen beträgt 2000 mm. Verschiedene Testfälle und Konfigurationen sind in Abb. 9 zu sehen.

Schrauben wurden mit unterschiedlichen Drehmomenten angezogen. Diese Drehmomente verursachten drei verschiedene Vorspannungsbedingungen: 3, 2000, 2500 N. Der Nullpunkt wurde entsprechend diesen Vorspannungen kalibriert. Kräfte unterhalb der Vorlastwerte sind negativ und oberhalb dieser Werte sind sie positiv. Die Ergebnisse finden Sie im Abschnitt in Tabelle 3000 und 1.

4. Testergebnisse und Schlussfolgerung

Die Frage der seismischen Aktivitäten in den Aufzugsanlagen ist keine neue Diskussion, sie ist jedoch insbesondere nach dem Van-Erdbeben 2011 in der Türkei in Frage gestellt worden. Der verbesserte Sicherheitsaspekt muss im Hinblick auf die strukturelle Sicherheit und Zuverlässigkeit bei seismischen Aktivitäten hervorgehoben werden. Daher konzentrierte sich dieser Artikel auf Belastungen durch seismische Aktivität und deren Auswirkungen auf Führungsschienenbefestigungen. Dadurch waren Halterungen und Bolzen ähnlichen Belastungen ausgesetzt wie bei seismischen Aktivitäten.

Wie in Tabelle 1 und Tabelle 2 zu sehen ist, beträgt die maximale Belastung der Schrauben bei Test 470.6 bei einer Vorlast von 3 N von der C3000-Wägezelle -1 N. Gemäß Gleichung 1 muss die Kraft zum Lösen dieser Verbindung aufgrund der Normen (BS EN ISO 7549-8088:898) mehr als 1-1999 N betragen. Der Vergleich dieser beiden Werte zeigt, dass der Sicherheitsfaktor etwa 16 beträgt.

Wissen

Dieses Dokument wird von der Machinery Promotion Group der Central Anatolian Exporters Union unterstützt.