Die Auswirkungen von EN 81-20 und EN 81-50 in Clips

Dieses Papier wurde auf der ELEVCON Madrid 2016, dem International Congress on Vertical Transportation Technologies, vorgestellt und erstmals im IAEE-Buch Elevator Technology 21, herausgegeben von A. Lustig, veröffentlicht. Es ist ein Nachdruck mit Genehmigung der International Association of Elevator Engineers IAEE (Website: www.elevcon.com).

von Jesus Sanz und Jose Enrique Fernandez

Nach EN 81-20 und EN 81-50 sind Reibungskräfte, die von Schellen auf die Führungsschienen ausgeübt werden, in die Führungsschienenberechnung einzubeziehen. Die Berücksichtigung von Clipreibungskräften kann dazu führen, dass größere Führungsschienengrößen mit höheren Materialkosten erforderlich sind. Die Verwendung von am Markt vorhandenen Clips mit sehr hohen Reibungskräften, wie zum Beispiel geschmiedete, wird sich auf kurze Gebäude beschränken, wohingegen solche mit elastischem Verhalten die Führungsschienenauswahl beeinflussen können. Dieser Artikel stellt konventionelle Clips und das neue Konzept verstellbarer Clips mit extrem geringen Reibungskräften und hoher Widerstandsfähigkeit gegenüber, die für die Berechnung nach EN 81-20 und EN 81-50 geeignet sind.

1. Einleitung

Trotz der Tatsache, dass die Fahrbahnverschlechterung im Laufe der Zeit eintritt (Knicken der Führungsschienen und starke Verformungen der Konsolen waren keine unbekannten Auswirkungen der Interaktion zwischen Gebäude und Fahrbahn), haben frühere Versionen der Norm EN 81 die Berücksichtigung einiger vertikaler Kräfte, die in der Fahrbahn auftreten.

Im Gegensatz zur früheren EN 81, EN 81-20 und EN 81-50 addieren Sie bei der Ermittlung der Vertikalkraft Fv auf die Führungsschienen folgende Faktoren:

• Gewichtsbelastung der Führungsschienen
• Einfluss von Gebäudesetzungen oder Betonschwinden, die durch Reibung zwischen Clip und Führungsschiene Durchdrückkräfte auf die Führungsschienen verursachen

Diese in der Norm beschriebene neue Berechnung lädt die Höhenindustrie dazu ein, die auf dem Markt verfügbaren Clips zu überprüfen und zu analysieren und die Entwicklung neuer Clips mit verbesserter Leistung in Betracht zu ziehen.

2. Interaktion zwischen Clip und Führungsschiene

Auf den Clip wirken zwei Arten von Kräften: seitliche und vertikale Kräfte.

Das Fahren der Kabine oder des Gegengewichts, die Betätigung der Fangvorrichtung oder die Einwirkung eines Erdbebens verursachen seitliche Kräfte auf die Führungsschienen, die von den Clips endgültig aufgenommen werden müssen.

Im Gegensatz dazu verursachen unterschiedliche vertikale Verschiebungen zwischen Gebäude- und Führungsschienen (hauptsächlich aufgrund von Gebäudesetzungen, strukturellem Schwinden oder thermischen Unterschieden) einige vertikale Reibungskräfte an den Clips, die schließlich von den Führungsschienen und den Gelenken, dh dem Fahrgestell, getragen werden müssen Weg. Diese relativen Verschiebungen treten in einem Zeitrahmen auf, der zwischen sechs Monaten und zwei Jahren nach Fertigstellung des Gebäudes liegen kann. Eine gründliche Berechnung kann durchgeführt werden, um den abnehmenden Anteil eines Gebäudes zu bestimmen, aber dies ist nicht der Zweck dieses Artikels, und eine Verringerung der Gesamthöhe des Gebäudes um 0.1% wird allgemein akzeptiert. Diese Zahl gibt eine schnelle Regel zum Abschätzen der maximalen vertikalen relativen Verschiebung (ein Gebäude mit einer Höhe von 40 m hat eine maximale relative Verschiebung von 40 mm; bei einer Höhe von 100 m sind es 100 mm usw.).

Irgendwie erfordern die wechselwirkenden Kräfte zwischen Führungsschiene und Clips je nach Kraftquelle unterschiedliche Eigenschaften. Die von der Führungsschiene auf den Clip übertragene Kraft erfordert Kraft im Clip, wohingegen Kräfte, die von den Clips auf die Fahrbahn übertragen werden, eine geringe Reibungskraft im Kontakt erfordern. Ziel beider Anforderungen ist es, die strukturelle Integrität des Reitweges zu erhalten.

Clips fixieren die Führungsschiene und halten sie von ihren Basisflügeln (Abbildung 1). Die Dicke dieses Merkmals der Führungsschiene hat eine Toleranz von ±0.75 mm, die herstellungsbedingt (Warmwalzwerk) ist. Zusammenfassend müssen Clipse in der Lage sein, die Schienen an einem Merkmal zu klemmen, dessen Gesamtvariationsbereich 1.5 mm betragen kann, und trotzdem in jedem Fall die Erfüllung der Festigkeits- und Reibungsanforderungen gewährleisten.

3. Auf dem Markt verfügbare Clips

Es ist möglich, viele verschiedene Arten von Clips auf dem Markt zu finden, aber sie können in drei Hauptgruppen eingeteilt werden:

• Geschmiedete Clips
• Blechumformte Clips
• Verstellbare Clips

Tabelle 1 bewertet einige Eigenschaften von geschmiedeten Blech- und SH-verstellbaren Clips.

3.1. Geschmiedete Clips

Geschmiedete Clips sind kompakt und zeichnen sich durch eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit aus (Abbildung 2).

Sie üben beim Einbau eine sehr hohe Normalkraft auf die Führungsschiene aus. Diese hohe Normalkraft führt zu einer hohen vertikalen Reibungskraft zwischen Clips und Führungsschienen.

Dieser Cliptyp eignet sich zur Befestigung einiger Elemente, die fest an der Fahrbahn befestigt werden müssen (z Führungsschienen können vernachlässigt werden. Dennoch ist der Einsatz in mittleren Gebäudehöhen völlig eingeschränkt.

Die EN 81-20 erlaubt die Vernachlässigung der Durchschubkraft für Verfahrhöhen bis 40 m, verlangt aber auch für diese Fälle ausreichende Abstände, um das Schwinden des Gebäudes zu berücksichtigen. Diese Tatsache ist irgendwie widersprüchlich zu verstehen und lässt die Frage offen, warum 40 m (40 mm Relativverschiebung, wie oben gesagt) die Grenze für die Betrachtung der Durchdrückkraft ist. Diese Durchsteckkraft in allen Fällen zu berücksichtigen, wäre unabhängig von der Gebäudehöhe beständiger und würde es erfordern, den Clip zu verwenden, der laut technischer Berechnung für jede Installation wirklich geeignet ist.

3.2. SL-Blechclips

Im Gegensatz zu geschmiedeten Clips wurden Blechclips traditionell als Gleitclips (SL) bezeichnet und wurden für das Erreichen größerer Verfahrhöhen entwickelt (Bild 3).

In der Vergangenheit wurden SL-Clips als schwächere Clips im Vergleich zu geschmiedeten konzipiert. Ihre plastische Verformung soll beim Einbau automatisch erreicht werden und somit die Normalkraft – und in weiterer Folge die Reibungskraft mit der Führungsschiene – trotz der Gesamtdickenvariation des Führungsschienenfußes von 1.5 mm nicht wesentlich schwanken.

Als diese Clips vor Jahrzehnten in der Aufzugsindustrie eingesetzt wurden, wurden nur begrenzte Tests und theoretische Berechnungen mit hypothetischen Daten und sehr einfachen elastoplastischen Modellen (elastischer Bereich und plastischer Bereich mit Etan nahe Null) durchgeführt. Die resultierenden Daten wurden akzeptiert und galten bis vor kurzem als gültig, aber es ist bekannt, dass sie aufgrund verschiedener Faktoren von der Realität abweichen können:

• Die Dickentoleranz der Führungsschienenbasis beträgt ±0.75.
• Die normale Cliptoleranz für die Kontaktpunkthöhe beträgt ±1 mm.
• Clip-Materialertragsgrenzenvariation von einem Clip zum anderen
• Seitlicher Druck durch das Drehen des Clips beim Anziehen der Mutter
• Falsche Montage (mit Lücken oder mit Kontakt im Führungsschienenradius)
• Scharfe Kanten der Halterung (Bügelbiegungen, Schlitze usw.)

Es ist wichtig, auf die Materialeigenschaften des normalerweise bei dieser Art von Clip verwendeten Stahls aufmerksam zu machen, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass das Clipmaterial im plastischen Bereich arbeiten soll.

ST37 (oder sein Äquivalent, S235JR) definiert nur die niedrigste zulässige Streckgrenze des Stahls bei 235 MPa, aber die tatsächliche Streckgrenze kann sich von Charge zu Charge stark unterscheiden.

Die Variation der Ausbeutegrenze bei 20 analysierten Proben reicht von 113% bis 164% in Bezug auf den Referenzwert von 235 MPa.

Deshalb verhalten sich unterschiedliche Stähle nach ST37 zu Beginn beim Anziehen der Schraube ähnlich, da sie im elastischen Bereich zu arbeiten beginnen. Der Unterschied ergibt sich, wenn Stahl die Streckgrenze erreicht: Die Normalkraft steigt nicht mehr linear an und der andere Stahl ist noch ein Stück weiter elastisch. Dies würde unterschiedliche Normalkräfte auf die Führungsschiene und damit unterschiedliche Reibungen und unterschiedliche Widerstände zur Folge haben.

Eine eingehende Analyse der Blechclipleistung mit allen oben genannten Variablen zeigt deutliche Abweichungen zwischen theoretischen Clipparametern und dem realen Verhalten des Clips.

Unter Berücksichtigung all dessen ist es notwendig, die Widerstandsfähigkeit dieses Cliptyps unter Berücksichtigung der niedrigsten zulässigen Streckgrenze des Rohmaterials zu definieren, aber die Reibungskraft sollte unter Berücksichtigung der maximalen Streckgrenze definiert werden, die gefunden werden kann. Dieser Maximalwert steht jedoch nicht zur Verfügung, da er in der Rohstoffdefinition der Standards nicht angegeben ist.

3.3. SH Einstellbare Clips

Mit dem Ziel extrem geringer Reibungskräfte und hochbeständiger Clips entstand mit den verstellbaren Clips ein neues Konzept (Bild 4).

Clips vom Typ SH dürfen beim Einbau keinen Druck auf die Führungsschiene ausüben. Dazu können sie mit den Führungsschienenmaßen am Montageort montiert werden.

Der Vorteil, keinen Druck auf die Führungsschiene auszuüben – tatsächlich tritt aufgrund unterschiedlicher Imperfektionen eine gewisse Restnormalkraft auf – besteht darin, dass die Reibungskraft sehr gering wird.

Dennoch gibt es einige wichtige Nachteile dieser Art von Clips, wie z.

Grundsätzlich wandelt der schräge Kontakt am Führungsschienenradius die Kontaktreaktion (R1) in zwei Teillasten um: eine vertikale (Ry) und eine horizontale (Rx), die dazu neigen, die Clips wegzuklappen (Bild 5). Dies führt zu einer größeren Relativverschiebung am Kontakt zwischen Clip und Führungsschiene, die bei Dauertests der Clips zu einem vorzeitigen Verschleiß der Kontaktstellen und bei ausreichender Belastung zu einem gefährlichen Ausrasten der Führungsschiene aus die Clipse.

Die Ergebnisse von Dauertests mit Fx = 1,700 N, bei denen die Clips Millionen Zyklen überstehen, zeigen, dass der SH-Clip verschleißt und folgende Spiele aufweist:

• Seitenspalt: 0.5 mm nach 150,000 Zyklen und 1 mm nach 670,000 Zyklen
• Vertikaler Spalt: 0.5 mm Spalt nach 620,000 Zyklen

4. Modernste Clips

Der Markt strebt nach Clips, die die oben genannten Vorteile vereinen, aber die Nachteile und Risiken reduzieren.

Als Ergebnis dieses Bedarfs wurden neue Clips entwickelt. SLS-Clips können in die Familie der Blechclips eingeordnet werden, die einen geringen Druck ausüben, und SCA-Clips gehören zur Familie der verstellbaren Clips.

4.1. SLS-Blech-Clips mit geringer Reibung und mittlerem Widerstand

Idealerweise sollte der Clip beim Zusammenbau eine sehr geringe, kontrollierte Kraft auf die Führungsschiene ausüben. Bei Standard-Blechklammern bedeutet dies aber auch einen geringen Widerstand, um den seitlichen Belastungen der Führungsschiene standzuhalten.

SLS-Clips bringen ein neues Konzept von Blechclips auf den Markt. Zum einen reduziert dieser neuartige Clip die Normalkraft beim Kontakt mit der Führungsschiene durch den Einsatz eines geschwächten Clips. Die Flexibilität gegenüber einem Standard-SL-Clip reduziert auch den Einfluss anderer Faktoren (zB Clip- und Führungsschienentoleranzen). Zweitens muss der Clip mit einem Sicherungsmechanismus oder -teil ausgestattet sein, der den geschwächten Clip verstärkt, falls eine seitliche Belastung der Schiene die vom Clip ausgeübte Normalkraft überschreitet.

Das Ziel dieser Clips ist es, den Widerstand von SL-Clips zu erreichen, aber deren Reibungskraft zu reduzieren. Bild 6 zeigt eines der verfügbaren Konzepte zur Integration des Verstärkungsmechanismus in den Clip.

Diese Kombination unterschiedlicher Verhaltensweisen (schwächer beim Anziehen, aber stärker bei seitlichen Belastungen) ermöglicht in der Praxis die Reduzierung der theoretischen Reibungskraft von SL-Clips unter Beibehaltung ihrer Widerstandsparameter.

4.2. Verstellbare SCA-Clips

SCA-Clips bieten eine extrem niedrige Reibungskraft, während sie aufgrund ihrer robusten Konstruktion hohen seitlichen Belastungen standhalten.

Da sie verstellbar sind, besteht ihre Hauptfunktion darin, die Führungsschiene zu halten, ohne Druck auf die Kontaktpunkte zwischen Clip und Führungsschiene auszuüben. Sie verfügen über einen Mechanismus, der während der Installation leicht eingestellt werden kann (Abbildung 7). Zunächst erfolgt die seitliche Verstellung durch Fixieren der Hauptschraube (1). Dann passt sich das Justierteil unabhängig vom vorherigen Schritt (2 und 3) an die Führungsschienenbasisstärke an. Die Differenzierung der Einstellmöglichkeiten (Führungsschienenfußbreite zu Führungsschienenfußhöhe) erleichtert die Clipmontage und ermöglicht bemerkenswert geringe Reibungskräfte.

Darüber hinaus hat der Clip folgende Vorteile:

• Anti-Dreh-Schnittstelle mit der Halterung: Der Clip wird ohne zusätzliches Werkzeug horizontal gehalten.
• Erhaltung der Fahrbahnqualität: Die extrem niedrige Reibungskraft vermeidet Spannungen an den Führungsschienengelenken, die die während der Installation erreichte Fahrqualität beeinträchtigen können.
• Halterungsneigung erlaubt: Unebenheiten an der Wand, insbesondere bei Betonoberflächen, können zu einer Neigung der Halterung gegenüber der Führungsschiene führen. SCA-Clips führen ausnahmslos eine Neigung von bis zu 3° der Halterung durch.
• Kosten: Die Einfachheit und das standardisierte Herstellungsverfahren führen zu einem wettbewerbsfähigen Preis. Darüber hinaus ermöglicht die extrem niedrige Reibungskraft eine Optimierung der Brackets und somit eine Materialeinsparung.

5. Vergleich zwischen Schiebeclips

Tabelle 2 vergleicht konventionelle Blechclips mit SLS-Clips und konventionelle verstellbare Clips mit SCA-Clips mit den gleichen Kriterien wie in Tabelle 1.

6. Schlussfolgerungen

Eine niedrige Clipreibungskraft ist entscheidend, um die Fahrbahnqualität im Laufe der Zeit zu erhalten. Diese Eigenschaft ist auch für die Führungsschienenberechnung aufgrund der Anforderung der EN 81-20 zur Berücksichtigung der Durchschubkraft von Vorteil.

Obwohl die EN 81-20 es erlaubt, die Durchsteckkraft für Verfahrhöhen bis 40 m zu vernachlässigen, wäre es schlüssiger, immer die Durchsteckkraft zu berücksichtigen und dann einen gemäß der Berechnung gültigen Clip zu verwenden.

Die Analyse der auf dem Markt erhältlichen Clips hilft nicht nur zu wissen, welche Clips unter dem Gesichtspunkt der Reibung vorteilhaft sind, sondern bietet auch die Möglichkeit, andere Eigenschaften zu beurteilen, die von der Clipoperation erwartet werden.

Ein Vergleich verschiedener Gleitclips macht auf neue Clipkonzepte aufmerksam, die neben anderen Aspekten auch die Reibungskraft reduzieren.

Einerseits bieten SCA-Clips hervorragend niedrige Reibungskräfte und eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit. Auf der anderen Seite verbessern SLS-Clips die Reibungsleistung der derzeit auf dem Markt erhältlichen Blechclips, während sie ähnliche Widerstandswerte beibehalten.