Bogenrolltreppe
Die Erfindung betrifft eine Bogenrolltreppe, bestehend aus einer Treppen¬ strecke, die in der Draufsicht gekrümmt ist und einen mittleren Bereich mit vorgegebenem konstantem Neigungswinkel, obere und untere Treppenab¬ satzbereiche im wesentlichen mit einem Neigungswinkel von Null, sowie Übergangsbereiche aufweist, welche den mittleren Bereich mit den oberen und unteren Treppenabsatzbereichen verbinden und für eine glatte Verbin¬ dung dieser Bereiche sich ändernde Neigungswinkel besitzen, wobei im unteren und oberen Treppenabsatzbereich mehrere horizontal verlaufende Stufen vorhanden sein können, Führungskurven, die gewährleisten, daß die Stufentrittfl che in den Bereichen waagrecht liegen und Antriebsketten, die mit den Stufen fest verbunden sind und zwischen den Stufen eine kon¬ stante Länge aufweisen, bestehend aus mehreren Kettengliedern zum Antrieb der Stufen auf einem äußeren und inneren Kurvenbogen, wobei
- der Kurvenbogen der Treppenstrecke in der Draufsicht einen konstanten Radius aufweist und die Winkelgeschwindigkeiten der inneren Antriebs¬ kette und der äußeren Antriebskette in diesem Bereich zu jedem Zeit¬ punkt gleich sind,
- der Kurvenbogen der oberen und unteren Treppenabsatzbereiche in der Draufsicht einen konstanten, im Vergleich mit R vergrößerten Radius aufweist und die Winkelgeschwindigkeiten der inneren und äußeren An¬ triebskette auch in diesem Bereich überall gleich sind.
Eine Bogenrolltreppe der eingangs genannten Art ist aus der DE-A 3437 369 bekannt. Bei dieser Rolltreppe ist es nicht möglich, in allen Berei¬ chen, insbesondere in den Übergangsbereichen einen reinen Kreisbogen zu beschreiben. Ferner treten bei dieser Rolltreppe Spalte zwischen den Stufen untereinander sowie zwischen den Stufen und den Seitenwänden auf.
Aus der US-A 4,949,832 ist eine Bogenrolltreppe bekannt, bei der die Antriebskette zum Antrieb der Stufen ein zusätzliches Gelenk zwischen benachbarten Stufen aufweist, das über Nocken auf jeweils innen- und außenliegenden Nockenbahnen geführt wird. In der Landungszone liegen Stufenbahnen und Nockenbahnen senkrecht übereinander, wodurch die An¬ triebsketten im Landungs- und im Übergangsbereich eingeknickt werden. Dadurch soll erreicht werden, daß die horizontale Komponente der Winkel¬ geschwindigkeit der Stufen konstant bleibt und nur eine Beschleunigung
der Ketten in vertikaler Richtung erfolgt. Durch das Aufspreizen der Antriebsketten in vertikaler Richtung werden erhebliche Druckkräfte auf die Drehgelenke ausgeübt, so daß eine sehr aufwendige Lagerung und Füh¬ rung der Nockenbahnen erforderlich ist. Durch die erhöhte Belastung ist auch ein Verschleiß an den stark beanspruchten Lagern und Führungsbahπen zu erwarten.
Ein Aufspreizen der Antriebskette ist auch noch in der EP-A 390 630 in verschiedenen Variationen dargestellt, wobei zur Verstärkung der Zwi¬ schengelenke eine Nockenträgerplatte derart ausgebildet ist, daß sie sowohl horizontale als auch vertikale Kräfte aufnehmen kann. Die seitlich angebrachte Nockenträgerplatte, die Nocken und die hervorstehenden Achsen ergeben zusammen eine Verbreiterung der Antriebskette. In den Treppenab¬ satzbereichen bzw. in den Landungsbereichen führt dies zu einem erhöhten Platzbedarf und einer komplizierten Kettenführung, insbesondere im Be¬ reich der Antriebsräder.
Aus der DE-B 40 36 667 ist eine Bogenrolltreppe bekannt, bei der die jeweilige Antriebskette auf einer von der Stufenschiene getrennten Schie¬ ne geführt wird und bei der mittels einer Zugstange, die die Antriebsket¬ te mit der Stufe verbindet, unterschiedliche Wegstrecken für Stufe und Antriebskette ermöglicht werden. Dadurch wird eine genaue Ausrichtung der Stufenachse erzielt. Zur Führung der mit der Zugstange ausgestatteten Aπtriebskette benötigt man jedoch mindestens zwei Führungsschienen mehr als bei herkömmlichen Rolltreppen. Hinzu kommt, daß die Stufen durch die Zugstange nicht völlig sicher gehalten werden, so daß eine Bewegung nach oben, z.B. bei Erschütterung, nur durch zusätzliche Führungsschienen verhindert werden kann.
Zum Bau von Bogenrolltreppen ist es erforderlich, den Verlauf von Raum¬ kurven, wie z.B. von Führungsschienen, Antriebsketten und Handläufen, genau festzulegen. Schon geringe Abweichungen von 0,0010 mm führen zu erheblichen mechanischen Belastungen, die sich in einem erhöhten Ver¬ schleiß und in einer verstärkten Geräuschentwicklung beim Betrieb der Rolltreppe bemerkbar machen.
Daneben sind auch die auftretenden Spaltvergrößerungen nicht erwünscht. Nach den geltenden Sicherheitsbestimmungen dürfen sie einen Wert von 6 mm nicht überschreiten.
Als besonders schwierig hat sich die mechanische Umsetzung von Raumkurven mit der Konfiguration eines aufgeweiteten Kreisbogens erwiesen. Da ihre Form auf empirisch gewonnenen Nährungslösungen beruht, lassen sich ein¬ zelne Baugruppen nicht exakt berechnen und herstellen. Hierzu müssen erst komplizierte Bezugsebenen und Koordinatensysteme geschaffen werden, die den Bau derartiger Rolltreppen aufwendig, teuer und zeitraubend machen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine Bogenrolltreppe zu entwickeln, die eine exakte Posi¬ tionierung der Raumkurven beim Aufbau einer Bogenrolltreppe und einen vereinfachten mechanischen Bewegungsablauf in den Übergangszonen ermög¬ licht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kurvenbogen der oberen und unteren Übergangsbereiche in der Draufsicht einen konstanten Radius auf¬ weist, der zwischen R und Rg liegt, und daß die Winkelgeschwindigkeiten der inneren Antriebskette und der äußeren Antriebskette in diesem Be¬ reich insgesamt gleich sind, wobei die Form der Schürzen der Stufen die in den Übergangsbereichen auftretenden vorübergehenden Winkelverschiebun¬ gen der Antriebsketten ausgleicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteran¬ sprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung vermeidet das Auftreten von unzulässig breiten Spalten dadurch, daß- in den drei Treppenabschnitten (Treppenabsatzbereich, Über¬ gangsbereich, mittlerer Bereich), in der Draufsicht gesehen, unterschied¬ liche aber in den Bereichen konstante Kreisbögen gewählt werden. Die Kreisbögen im mittleren und oberen sowie unteren Bereich werden so be¬ rechnet, daß in diesen Bereichen an jeder Position die Winkelgeschwind¬ igkeiten der Antriebsketten innen und außen gleich sind.
Der Kreisbogen des Übergangsbereichs, der den Treppenabsatzbereich mit dem mittleren Bereich verbindet, wird so gewählt, daß der zurückgelegte Winkel von innerer und äußerer Antriebskette über diesen Bereich insge¬ samt gleich ist. Innerhalb dieser Strecke können zwischen den Antriebs¬ ketten geringfügige Winkelverschiebungen auftreten, die aber auch bei sehr ungünstiger Konstellation, etwa bei Bogenrolltreppen mit großer Steigung und kleinem Krümmungsradius, im mittleren Bereich 0,5 nicht überschreiten. Die dabei entstehenden Spalte liegen zwischen 1mm und 6 mm und können durch Verwölbung der Stufenschürzen ausgeglichen werden. Somit ist in allen Dimensionen der Rolltreppe, insbesondere in den Übergangsbe¬ reichen, ein einfacher mechanischer Kurvenverlauf der Schienen und Füh¬ rungen gegeben.
Zur räumlichen Positionierung der Kurvenbögen werden die Radien R (Radius des mittleren Treppenbereichs), Rg (Radius des oberen sowie des unteren Treppenbereichs), Rue (Radius des oberen sowie des unteren Übergangsbe¬ reichs) und RueV (vertikaler Radius des unteren sowie des oberen Über¬ gangsbereichs) festgelegt und danach die zugehörigen Mittelpunkte be¬ stimmt.
In den oberen sowie unteren Übergangsbereichen verbindet die äußere An¬ triebskette in der Vertikalen den mittleren Bereich mit den oberen sowie unteren Treppenabsatzbereichen, vorzugsweise über einen Kreis bzw. Kreis¬ bogen. Alternativ können jedoch auch Parabeln bzw. Evolventen vorgesehen werden.
Die ebenfalls nach Art einer Wendel geführten Handläufe sind einem weite¬ ren Gedanken der Erfindung gemäß der Form der Kurvenbögen entsprechend ausgeführt.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 - Treppenstrecke mit Handläuf,en und Stufen ■
Figur 2 - Draufsicht auf zwei Stufen mit den zugehörigen Kur¬ venbögen samt Antriebsketten
Figuren 3 und 3a - schematische Darstellung der Kurvenbögen und der zugehörigen Radien
Figur 4 - Darstellung der Verwölbung der Stufenschürze.
Figur 1 zeigt eine Bogenrolltreppe, bestehend aus einem Treppenbereich 1, der in der Draufsicht gesehen gekrümmt ist. Der Treppenbereich 1 beinhal¬ tet einen mittleren Bereich la, obere und untere Treppenabsatzbereiche lc sowie Übergangsbereiche lb, die den mittleren Bereich la mit den Treppen¬ absatzbereichen lc verbinden. Im Treppenbereich 1 sind eine Vielzahl sektorförmig ausgebildeter Stufen 21 vorgesehen, die in den Treppenab¬ satzbereichen lc im wesentlichen horizontal verlaufen. Analog zur Krüm¬ mung des Treppenbereiches 1 sind auf die Handlaufführungen 26,26', in der Draufsicht gesehen, gekrümmt ausgebildet.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf zwei sektorförmig ausgebildete Stufen 21 mit den zugehörigen inneren und äußeren Führungs- 23,23', sowie den inneren und äußeren Schienen 25,25' der Antriebsketteπ 24,24' und den an den Stufen 21 befestigten Antriebsketten 24,24'. Die Laufrollen 27,27' stehen mit den Führungsschienen 23,23' und die Laufrollen 28,28' mit den Schienen 25,25' in Wirkverbindung.
Die Figuren 3 und 3a zeigen eine schematische Darstellung der Kurvenbögen 25,25' und der zugehörigen Radien R, Rg, Rue sowie RueV. Mgo und Mgu stellen hierbei die Mittelpunkte der Radien der Treppenabsatzbereiche lc dar, während Mueo und Mueu die Mittelpunkte der Radien der Übergangsbe¬ reiche lb bilden. Die Kreisbögen im mittleren Bereich la sowie in den Treppenabsatzbereichen lc werden so berechnet, daß in diesen Bereichen an jeder Position die Winkelgeschwindigkeiten der hier nicht weiter darge¬ stellten Antriebsketten innen und außen gleich sind. Der Kreisbogen der Übergangsbereiche lb wird so gewählt, daß der zurückgelegte Winkel von innerer und äußerer Antriebskette über diesen Bereich insgesamt gleich ist. Zur räumlichen Positionierung der Kurvenbögen 25,25' werden die Radien R, Rg, Rue sowie RueV festgelegt und danach die zugehörigen Mit¬ telpunkte Mgo, Mgu, Mueo sowie Mueu bestimmt.
Der im Übergangsbereich zu bestimmende Kreisbogen Rue wird nach folgen¬ der Überlegung errechnet:
Sind die Radien R und Rg der Treppenbereiche la und lc nach der Glei¬ chung:
(1)
R * w Rg = cos(alpha)/cos(alpha2) * (R + w) - R so errechnet, daß in diesen Bereichen die Winkelgeschwindigkeiten der Antriebsketten 24,24' immer gleich sind, dann ist das Verhältnis der Wege si/sa von innerer Antriebskette 24 und äußerer Antriebskette 24' überall
(2)
si Rg sa Rg + w
Wird in den Übergangsbereichen lb für die innere Antriebskette 24 in der Vertikalen ein Übergangskreis mit dem Radius RueV gewählt, so legt die innere Kette 24 in diesem Bereich den Weg
(3)
si = alpha * RueV
zurück.
Die äußere Antriebskette 24' läuft dann in der Vertikalen auf einer El¬ lipse mit den Achsen
(4)
Rue + w a = RueV *
Rue
b = RueV
und der Funktionsgleichung :
(5)
?a +hb2 = •
Der Weg auf der Ellipse BERueV muß dann im Übergangsbereich lb nach fol¬ gender Gleichung bestimmt werden:
(6)
si alpha * RueV sa BERueV oder
(7)
v Rg + w BERueV = alpha * RueV *
Rg
Die Bogenlänge dieser Ellipse läßt sich dann nach dem Bogenintegral
(8)
Bogen = dx
bestimmen, mit den Grenzen xo = 0
Rue + w xl = sin(alpha) * RueV Rue wobei sin(alpha) * RueV in der Draufsicht die Länge des Bogens der inne¬ ren Antriebskette 24 im Übergangsbereich lb angibt.
xl ist dann in der Draufsicht die Länge des Bogens der äußeren Antriebs¬ kette 24' im Übergangsbereich lb. Setzt man die Funktion aus Gleichung (4) und (5) mit den Grenzen xO und xl in die Gleichung (8), erhält man
(9)
BERueV dx
mit Rue als unbekannter Größe.
Mit Hilfe des Verfahrens nach Simpson oder einem anderen Algorithmus zur numerischen Bestimmung eines bestimmten Integrals kann nun der Radius Rue mit beliebiger Genauigkeit errechnet werden.
Im Folgenden ist der Ausschnitt einer Prozedur mit einem käuflichen Pas¬ cal-Programm wiedergegeben, nach der Rue mit Hilfe des Simpsonverfahrens und mit einem von einem Basiswert R ausgehenden Radius Rue gefunden wer¬ den kann.
(1) RueV ist der vertikale Ellipsenradius
(2) R ist der Radius des inneren Kreisbogens
(3) VDiff ist die Differenz des nach innen abgebildeten Eilipsenbogens zum inneren Kreisbogen RueV
(4) es wird RueV = R gesetzt und mit verschiedenen Werten von R gerechnet, bis VDiff unterhalb der vorgegebenen Toleranzgrenze liegt
(5) die Schrittweite, in der die Werte von R verändert werden, beträgt z.B. 10
(6) die Schrittweite wird solange verkleinert, bis die gewünschte Genau¬ igkeit von RueV erreicht ist.
In der folgenden Tabelle werden für eine typische Bogenrolltreppe die Abmessungen in mm gegeben:
R = 4200, Rg = 5454.7, Rue = 5024.5, w = 1014, alpha = 30°. Die Korrektur der Verwölbung der Stufenschürze (Fig. 4, Korrektur der Schürze) soll in diesem Beispiel proportional zu der Abweichung der Stu¬ fenachse bzw. der Ketten zu der gewünschten Ausrichtung auf den Kreismit¬ telpunkt der Übergangskreise. Diese Abweichung entsteht nur in den Über¬ gangsbereichen 16. Wie man der Tabelle entnehmen kann, hat die Abweichung zunächst am Anfang der Übergangszone den Wert Null, um im Verlauf der Übergangszone auf max. 4.41 mm oder 0,237° anzusteigen. In der Steigungs¬ zone wird dann der Wert Null wieder erreicht, so daß die Bedingungen wie folgt sind.
Abweichung Achsen in Grad Abweichung Achsen in mm
0.00 0.00 mm Übergangszone
0.03° 0,57 mm
0.06° 1.13 mm
0.09° 1.68 mm
0.11° 2.19 mm
0.14° 2.67 mm
0.16° 3.11 mm
0.18° 3.50 mm
0.20° 3.82 mm
0.21° 4.08 mm
0.22° 4.27 mm
0.23° 4.38 mm
0.237° 4.41 mm
0.23° 4.35 mm
0.22° 4.20 mm
0.21° 3.95 mm
0.19° 3.61 mm
0.16° 3.16 mm
0.14° 2.61 mm
0.10° 1.96 mm
0.06° 1.21 mm
0.03° 0.06 mm
0.00 0.00 mm Steigungszone
Figur 4 zeigt in räumlicher Darstellung eine Stufe 21, die in Laufrich¬ tung gesehen mit einer gewölbt ausgebildeten Schürze 29 versehen ist. Insbesondere bei Bogenrolltreppen mit großer Steigung und kleinem Krüm¬ mungsradius entstehend Spalte sowohl zwischen den einzelnen Trittstufen 21 als auch zwischen Trittstufen und Seitenwänden, die u.U. außerhalb der Toleranzen geltender Sicherheitsbestimmungen liegen. Um diesem Problem gerecht zu werden, werden weitere Wölbungsbereiche 30 vorgesehen, durch welche die Spalte wieder in vertretbare Grenzen gebracht werden.
Anhang
1 gesamte Treppenstrecke la mittlerer Bereich der Treppenstrecke lb oberer und unterer Übergangsbereich lc oberer und unterer Treppenabsatzbereich
21 Stufen
23,23' innere und äußere Führungsschienen
24,24' innere und äußere Antriebsketten
25,25' innere und äußere Schienen der Antriebsketten
26,26' innere und äußere Handlaufführung
27,27' Laufrollen für die Führungsschienen 23,23'
28,28' Laufrollen für die Schienen 25,25'
29 Stufenschürze
30 Wölbung der Stufenschürze 29
R Radius des mittleren Treppenbereichs la
Rg Radius der unteren und oberen Treppenabsatzbereiche
Rue Radius der unteren und oberen Übergangsbereiche in der Drauf¬ sicht
RueV vertikaler Radius der unteren und oberen Übergangsbereiche
BERueV Bogenlänge der elliptischen äußeren Bahn der Antriebskette in den oberen und unteren Übergangsbereichen die RueV auf der inneren Bahn entspricht w radialer Abstand der inneren zur äußeren Antriebskette 24,24' alpha Steigung der inneren Antriebskette 24 im mittleren Treppenbe¬ reich la alpha2 Steigung der äußeren Antriebskette 24' im mittleren Treppen¬ bereich la x Koordinate der X-Achse z Koordinate der Y-Achse si Weg innen sa Weg außen
Mgo Mittelpunkt Absatzbereich oben
Mgu Mittelpunkt Absatzbereich unten
Mueo Mittelpunkt Übergangsbereich oben
Mueu Mittelpunkt Übergangsbereich unten