DE10150354A1

DE10150354A1 - Verfahren und Einrichtung zur Erfassung von Verschleiß von Förderanlagen mit Tragseilen

Info

Publication number: DE10150354A1
Application number: DE2001150354
Authority: DE
Inventors: Peter Pini
Original assignee: HENNING GmbH
Current assignee: HENNING GmbH
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2003-05-08
Also published as: WO2003035531A1

Abstract

Ein Verfahren zur Erfassung von Verschleiß von Förderanlagen (1) mit Tragseilen (3), die mit einer Treibscheibe (4) angetrieben sind, hat die Schritte: DOLLAR A a) Bestimmen des relativen Schlupfs des Tragseils (3) auf der Treibscheibe (4) bei einer Hinfahrt und bei einer Rückfahrt um eine definierte Entfernung und einer unterschiedlichen Last an den beiden Enden des Tragseils (3), DOLLAR A b) Ermitteln eines Differenzschlupfs aus der Differenz zwischen dem Schlupf bei der Hinfahrt und Rückfahrt, DOLLAR A c) Bestimmen des Tragseilverschleißes aus dem relativen Differenzschlupf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erfassung von Verschleiß von Förderanlagen mit Tragseilen, die mit einer Treibscheibe angetrieben sind.
Förderanlagen mit einem Tragseil, das über eine Treibscheibe angetrieben ist, sind beispielsweise in Form von Seilbahnen, Aufzügen und Kranen bekannt. Die Förderanlagen sind für einen maximalen Nennlastbetrieb ausgelegt, bei der die sogenannte Treibfähigkeit sichergestellt ist. Das Tragseil und die Treibscheibe sind hierbei so ausgelegt, dass bei einer Zuladung bis zur Nennlast zuzüglich einer definierten Überlast keine unzulässige Belastung im Seil und kein Durchrutschen des Tragseils auf der Treibscheibe auftritt.
Die Treibfähigkeit wird nach der Eytelweinschen Gleichung

bestimmt, wobei F_s1 die größere Seilkraft der beiden Kräfte an einem der beiden Enden des über die Treibscheibe gelegten Tragseils, F_s2 die kleinere Seilkraft an dem anderen Ende des Tragseils, α der Umschlingungswinkel des Tragseils über die Treibscheibe und µ der Reibungskoeffizient ist.
Der Reibungskoeffizient µ liegt bei Stahl- oder Grauguß-Treibscheiben zwischen 0,1 und 0,15.
Nach der Verordnung und den technischen Regeln für Aufzüge (TRA) wird das Kräfteverhältnis der Eytelweinschen Gleichung mit einem Faktor C₁, zur Berücksichtigung der Beschleunigung, Verzögerung und spezieller Bedingungen der Anlage und einem Faktor C₂ zur Berücksichtigung der Querschnittsveränderung der Treibscheibenrille durch Verschleiß multipliziert.
Die Berechnung der Treibfähigkeit ist beispielsweise in Claus Gareis: Aufzüge- Verordnung und technische Regeln - Kommentar, Carl-Heymanns-Verlag, Köln, Band 3, 1995, Seiten 183 bis 185 beschrieben.
Wenn das Verhältnis der größeren Seilkraft F_s1 zur kleineren Seilkraft F_s2 den Wert e^µα überschreitet, rutscht das Tragseil durch, was zu einer ungewollten Bewegung bis zum Absturz führen kann.
Bei jedem Lauf über die Treibscheibe ändert sich die Seilspannung und damit auch die elastische Längung des Tragseils. Dies führt stets zu einem geringen Wandern des Tragseiles auf der Treibscheibe. Dieser Schlupf des Tragseils ist auch als Mikroschlupf oder Seilschleichen bekannt und führt zu einem stetigen Verschleiß. Außerdem tritt durch die ständige Biegebelastung des Tragseils eine Materialermüdung auf, die zu Drahtbrüchen führt.
Für einen sicheren Betrieb einer Förderanlage ist es neben der Bestimmung der Treibfähigkeit erforderlich, die Tragseile regelmäßig zu überprüfen, um die sogenannte Ablegereife zu erkennen. Tragseile müssen nämlich gemäß DIN 15025 abgelegt, das heißt ersetzt werden, wenn an der schlechtesten Stelle des Tragseils eine definierte Zahl sichtbarer Drahtbrüche festgestellt wird oder der Seilquerschnitt durch Verschleiß um ein bestimmtes Maß geschwächt ist. Ferner ist das Seil bei Bruch einer Litze, bei Auftreten von Aufdoldungen, Quetschungen, Knicken und Kinken oder sonstigen ernstlichen Beschädigungen und bei besonderem Verschleiß sofort abzulegen.
Die Kriterien zur Beurteilung der Ablegereife sind beispielsweise in Helmut Ernst: Die Hebezeuge, Viewegverlag 1973, Seiten 9 bis 33 ausführlich beschrieben.
In Claus Feyrer: Drahtseile - Bemessung, Betrieb, Sicherheit -, Springer Verlag, Berlin, 2. Auflage, März 2000, Kapitel 6.3 sind die herkömmlichen Methoden zur Überwachung von Tragseilen beschrieben. Bei der regelmäßigen Prüfung und Wartung von Förderanlagen werden die Tragseile insbesondere in dem am stärksten belasteten Seilstück visuell geprüft. Bei Aufzügen ist erfahrungsgemäß das Seilstück am stärksten belastet, das über die Treibscheibe läuft, wenn der Fahrkorb zwischen Erdgeschoß und erstem Obergeschoß fährt. Hierbei wird Ausschau nach sichtbaren Drahtbrüchen, bei denen Drähte aus dem Litzenverband hervortreten, nach groben Verformungen, nach Abrieb und Korrosion gehalten.
Bei der taktilen Prüfung wird der Seildurchmesser mit einer Schieblehre gemessen und ausgewertet.
Weiterhin kann der Seildurchmesser mit Lasergeräten oder Kameras optisch vermessen werden.
Bekannt ist auch eine magnetische Seilprüfung, wobei Drahtbrüche mit Hilfe einer Streufeldprüfung erkannt werden. Durch Messung des magnetischen Streuflusses kann die Änderung des Querschnitts des Tragseils bestimmt werden.
Weitere Messmethoden, wie die Durchstrahlung der Tragseile oder Ultraschallprüfung, sind relativ aufwendig und daher nur in besonderen Fällen anwendbar.
Die Ergebnisse der Messung können rechnerunterstützt bewertet werden, um ein Maß für die Ablegereife zu erhalten.
Aus Ulrich Briem: Bruchkraftverlust bei Verschleiß durch Litzenberührung, Draht 46 (1995) 10, Seiten 517 bis 521 ist bekannt, den Bruchkraftverlust eines Tragseils rechnerisch aus dem messtechnisch bestimmten Durchmesserverlust und dem hieraus berechneten Querschnittsverlust zu bestimmen. Hierzu wurden entsprechende Näherungsgleichungen entwickelt.
Aus der DE 39 11 391 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Treibfähigkeit bekannt, bei dem zwischen dem zu prüfenden Tragseil und einem Festpunkt ein Kraftmesssignalgeber angeordnet ist. Auf die Treibscheibe wird dann einzunehmendes Moment aufgebracht, bis eine definierte Maximalprüfkraft erreicht ist oder das Tragseil auf der Treibscheibe zu rutschen beginnt. Diese Überlastprüfung ist relativ aufwendig und belastet die Aufzugsanlage.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein verbessertes Verfahren und eine Einrichtung zur Erfassung des Verschleiß von tragseilbetriebenen Förderanlagen zu schaffen, die eine kostengünstige, leicht durchzuführende und die Aufzugsanlage nicht überlastende Prüfung oder Diagnose des Tragseils ermöglicht. Insbesondere sollte der Tragseil- und Treibscheibenverschleiß erfasst werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Schritte:

a) Bestimmen des relativen Schlupfs des Tragseils auf der Treibscheibe bei einer Hinfahrt und bei einer Rückfahrt um eine definierte Entfernung und einer unterschiedlichen Last an den beiden Enden des Tragseils,
b) Ermitteln eines Differenzschlupfs aus der Differenz zwischen dem Schlupf bei der Hinfahrt und Rückfahrt,
c) Bestimmen des Tragseilverschleisses aus dem relativen Differenzschlupf.

Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass durch die beiden wesentlichen Kriterien für den Tragseilverschleiß, nämlich zunehmende Anzahl von Drahtbrüchen pro Länge und abnehmender Seildurchmesser, eine Verringerung der Federseife des Tragseiles auftritt. Dies hat eine Vergrößerung seiner Längenänderung bei Aufbringung einer Kraft beim Umlauf um die Treibscheibe zur Folge, was eine Vergrößerung des Mikroschlupfes bzw. des Seilschleichenens zwischen dem Tragseil und der Treibscheibe bewirkt. Dieser Mikroschlupf wird als Kriterium für den Tragseilverschleiß und damit für die Ablegereife und die Treibfähigkeit verwendet.
Da der Schlupf lastabhängig ist, erfolgt eine Differenzmessung des Schlupfs bei einer Hin- und einer Rückfahrt der Förderanlage bzw. einem Auf- und Abfahren eines Fahrkorbs um eine definierte Entfernung mit unterschiedlicher Last an den beiden Enden des Tragseils.
Die unterschiedliche Last führt zu unterschiedlichem Schlupf bei Auf- und Abfahrt, d. h. obwohl die gleiche Entfernung zurückgelegt wird, benötigt die Treibscheibe eine unterschiedliche Anzahl von Umdrehungen für die Auf- und Abfahrt und kommt also nicht in derselben Stellung wieder zum Stillstand. Diese Differenzdrehung lässt sich leicht bestimmen und ist ein Maß für die Treibfähigkeit und den Tragseilverschleiß, die beide aufgrund abnehmenden Seildurchmessers und zunehmender Anzahl von Drahtbrüchen pro Länge beeinflusst werden. Durch den Differenzschlupf erhält man also ein lastabhängiges Maß, daß zur Bestimmung der Treibfähigkeit und des Tragseilverschleisses herangezogen wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, den Treibscheibenverschleiß zu ermitteln, indem die Umdrehungen der Treibscheibe bei einer definierten Entfernung gemessen und aus der Zunahme der gemessenen Umdrehungen auf eine Abnahme des wirksamen Treibscheibendurchmessers geschlossen wird, da der wirksame Umfang der Treibscheibe mit zunehmendem Rillenverschleiß abnimmt.
Die genaue Umdrehungszahl wird mit handelsüblichen, preiswerten Impuls- Drehgebern ermittelt, die mit der Antriebswelle fest gekuppelt werden, oder es wird das Signal aus den modernen frequenzgesteuerten Antrieben direkt von deren Drehzahlgebern abgenommen.
Die definierte Entfernung kann ein bekannter Abstand von einem bekannten Ausgangspunkt und einem bekannten Zielpunkt bei der Hin- und Rückfahrt sein. So kann der Ausgangs- und Zielpunkt bei Aufzugsanlagen z. B. durch Bündigkeitsmesser bestimmt werden, die eine definierte Position des Fahrkorbs an einer Etage anzeigen.
Die definierte Entfernung kann alternativ auch bei der Hinfahrt und/oder Rückfahrt gemessen werden. Hierbei können gegebenenfalls in Aufzugsanlagen bereits vorhandene Schachtkopierer eingesetzt werden, wenn diese genau genug arbeiten.
Der Tragseilverschleiß wird vorzugsweise bei einer Leerfahrt der Förderanlage erfasst. Es kann aber auch durch Messen der Zuladung der Förderanlage ein lastabhängiger Schlupf zur Bestimmung des Tragseilverschleißes bestimmt werden. Hierbei kann mit einem Lastsensor die Zuladung während des Betriebs der Aufzugsanlage in Verbindung mit den im Betrieb zurückgelegten Strecken erfasst und ausgewertet werden. Hieraus ergibt sich ein genaues Maß für die Lebensdauer des Tragseils.
Der Differenzschlupf wird auf die gemessene Zuladung vorzugsweise normiert, so dass eine Hochrechnung auf einen Überlastbetrieb zur Bestimmung der Treibfähigkeit erfolgen kann, ohne dass eine aufwendige Beladung der Förderanlage erforderlich ist.
Die Erfassung des Tragseilverschleisses kann beschränkt werden auf den kritischsten Bereich des Tragseils, insbesondere bei Personenaufzügen auf den Bereich zwischen Erdgeschoss und dem ersten Obergeschoß, da in diesem Bereich der Tragseilverschleiß erfahrungsgemäß am größten ist.
Der Schlupf kann zur genaueren Erfassung beschleunigungsunabhängig bei einer konstanten Geschwindigkeit bestimmt werden, nämlich nachdem der Fahrkorb anfänglich beschleunigt wurde und bevor der Fahrkorb wieder abgebremst wird. Auf diese Weise bleiben Einflüsse der Beschleunigung bei der Messung unberücksichtigt.
Der Tragseilverschleiß wird vorzugsweise durch Vergleichen des gemessenen Differenzschlupfs mit einem gespeicherten Soll-Differenzschlupf für die Förderanlage bestimmt. Eine Abweichung des Differenzschlupfs von dem Soll- Differenzschlupf, insbesondere bei einer Langzeitbeobachtung, über ein definiertes Maß hinaus lässt auf einen übermäßigen Tragseilverschleiß schließen. Das kritische Maß der Abweichung kann als prozentueller Wert oder Absolutwert festgelegt sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Differenzschlupf ständig während des Betriebs der Förderanlage bestimmt wird, um das Tragseil zu überwachen. Bei der Überwachung ist es zudem vorteilhaft, mit Hilfe eines Lastsensors und einer Fahrstreckenerfassung die Lebensdauer des Tragseils genauer zu bestimmen.
Die Einrichtung zur Erfassung des Tragseilverschleißes hat entsprechend ein Signaleingang für ein Drehwinkelmesssignal zur Bestimmung der Umdrehungen der Treibscheibe, einen Signaleingang für ein Positionssignal zur Bestimmung eines definierten Fahrweges der Förderanlage und Auswertemittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 - schematische Darstellung einer Förderanlage mit einem Fahrkorb, einem Gegengewicht und einem Tragseil, das von einer Treibscheibe angetrieben ist.
Die Fig. 1 lässt eine schematische Funktionsdarstellung einer Förderanlage 1 in Form eines Aufzugs mit einem Fahrkorb 2 erkennen, der an einem Ende des Tragseils 3 aufgehängt ist. Das Tragseil 3 ist über eine Treibscheibe 4 gelegt und wird von dieser angetrieben. An dem anderen Ende des Tragseils 3 ist ein Gegengewicht 5 angebracht, wodurch die notwendige Treibkraft zur Bewegung des Aufzuges von der Treibscheibe 4 aufgebracht werden kann.
Der Fahrkorb 2 hat ein Eigengewicht m_E und übt damit eine Zugkraft F_E = m_E g auf das Tragseil 3 aus.
Das Eigengewicht des Fahrkorbs 2 sowie üblicherweise die Hälfte einer Nenn- Zuladung Q wird durch das Gegengewicht 5 ausgeglichen, das eine Kraft

am Tragseil aufbringt. Die Zuladung ist hierbei die zulässige Nennlast der Aufzugsanlage.
Bei einer Hin- und Rückfahrt addieren bzw. subtrahieren sich zu den Kräften F_G und F_E weitere Kräfte durch die Beschleunigung.
Aus der Eytelweinschen Gleichung, bei der F_s1 immer die größere der beiden an dem Tragseil 3 wirkenden Kräfte und F_s2 immer die kleinere der beiden auf das Tragseil 3 wirkenden Kräfte F_s ist, berechnet sich die ausreichende Treibfähigkeit bei einer Beschleunigung von 0,1 g wie folgt:
Leerfahrt aufwärts:

Leerfahrt abwärts:
Das Verhältnis der bei einer Leerfahrt aufwärts und abwärts ermittelten Treibfähigkeit ist ein Maß für die Bestimmung des Tragseilverschleißes. Bei Vollast gilt entsprechend:
Volllast aufwärts:

Volllast abwärts:
Bei Leerfahrt beträgt das Verhältnis der Treibfähigkeit bei Hin- und Rückfahrt
Bei Volllast beträgt das Verhältnis
Hieraus folgt, dass das Verhältnis der Treibfähigkeit und damit die relative Schlupfdifferenz bei einer Auf- und Abfahrt bei Leerfahrt und bei Vollast reziprok am größten sind, dagegen bei halber Last gleich Null, sofern die Aufzugsanlage innerhalb der Nennbelastung betrieben wird und kein Durchrutschen erfolgt. Gegen die allgemeine Annahme fällt das absolute Verhältnis bei Leerfahrt größer aus als bei Vollast. Somit ist die Prüfung bei Leerfahrt bezogen auf das Material und den Aufwand günstiger und kann leicht reproduzierbar gemessen werden.
Zur Bestimmung des Schlupfs wird mit Hilfe eines Drehwinkelgebers die Umdrehung der Treibscheibe 4 bestimmt. Gleichzeitig wird z. B. über in der Aufzugsanlage installierte Bündigkeitsmesser oder mit Hilfe eines Schachtkopierers oder Zahnriemens die Position des Fahrkorbs 2 ermittelt. Der Tragseilverschleiß wird erfasst, indem der Fahrkorb 2 von einer Anfangsposition zu einer Endposition auf einer Hinfahrt bewegt wird. Hierbei werden die jeweiligen Umdrehungen der Treibscheibe 4 bestimmt. Aus der bekannten oder gemessenen Entfernung zwischen Anfangsposition und Endposition sowie der Differenz der Umdrehungen der Treibscheibe 4 wird der relative Schlupf des Tragseils 3 bestimmt. Für den Verschleiß der Treibscheibe 4 wird der wirksame Radius der Treibscheibe 4 berechnet. Der Verschleiß der Rille in der Treibscheibe 4 ergibt sich hierbei aus der Differenz zwischen der zurückgelegten Entfernung und dem Produkt aus Umdrehungszahl und zugehörigem Umfang der Treibscheibe 4.
Dieser relative Differenzschlupf wird in geeigneter Weise z. B. durch Vergleichen mit Soll-Differenzschlupfwerten für die Förderanlage 1 als Maß für den Tragseilverschleiß und damit die Ablegereife und die Treibfähigkeit ausgewertet. Die Treibfähigkeit kann durch Normieren des Differenzschlupfs und Hochrechnen auf Überlast bestimmt werden.
Vorteilhafterweise erfolgt die Messung des Schlupfs bei einer konstanten Geschwindigkeit nach einer Anfangsbeschleunigung und vor einem Abbremsen, so dass Beschleunigungseinflüsse ausgeschaltet werden. Dabei werden die Umdrehungen der Treibscheibe 4 bei der Durchfahrt des Fahrkorbs 2 durch definierte Etagen bestimmt. Während der Durchfahrt kann die zurückgelegte Strecke aber auch etagenunabhängig mit Hilfe eines Schachtkopierers oder eines Zahnriemens bestimmt werden.
Die aufgenommenen relativen Differenzschlupfwerte werden abgespeichert, so dass über eine Langzeitbeobachtung aus übermässigen oder kritischen Änderungen des Differenzschlupfs ein kritischer Zustand des Tragseils 3 erkannt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung von Verschleiß von Förderanlagen (1) mit Tragseilen (3), die mit einer Treibscheibe (4) angetrieben sind, gekennzeichnet durch

a) Bestimmen des relativen Schlupfs des Tragseils (3) auf der Treibscheibe (4) bei einer Hinfahrt und bei einer Rückfahrt um eine definierte Entfernung und einer unterschiedlichen Last an den beiden Enden des Tragseils (3),

b) Ermitteln eines Differenzschlupfs aus der Differenz zwischen dem Schlupf bei der Hinfahrt und Rückfahrt,

c) Bestimmen des Tragseilverschleisses aus dem relativen Differenzschlupf.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Erfassen des Verschleisses der Treibscheibe (4) durch Bestimmen der Abnahme des wirksamen Durchmessers der Treibscheibe (4) aus der Zunahme der gemessenen Umdrehungen der Treibscheibe (4) bei einer definierten Entfernung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Messen der Umdrehungen der Treibscheibe (4) und Bestimmen des relativen Schlupfs auf den gemessenen Umdrehungen, dem wirksamen Umfang der Treibscheibe (4) und der definierten Entfernung.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Entfernung ein bekannter Abstand von einem Ausgangspunkt und einem Zielpunkt bei der Hinfahrt und Rückfahrt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Messen der Entfernung zwischen einem Ausgangspunkt und einem Zielpunkt bei der Hinfahrt und/oder Rückfahrt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Erfassen des Tragseilverschleisses bei einer Leerfahrt der Förderanlage (1).

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Messen der Zuladung der Förderanlage (1) als Maß zur Bestimmung des lastbezogenen relativen Schlupfes bzw. des relativen Tragseilverschleisses.

8. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Normieren des Differenzschlupfs durch die gemessene Zuladung.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des Tragseilverschleisses beschränkt auf einen kritischen Bereich des Tragseils (3) erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf beschleunigungsunabhängig bei einer konstanten Geschwindigkeit im Zeitraum nach einer Anfangsbeschleunigung und vor einem Abbremsen bestimmt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Bestimmen des Tragseilverschleißes durch Vergleichen des gemessenen Differenzschlupfs mit einem gespeicherten Soll-Differenzschlupf für die Förderanlage (1).

12. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ständiges Bestimmen des Differenzschlupfs während des Betriebs der Förderanlage (1) zur Überwachung des Tragseils.

13. Einrichtung zur Erfassung von Tragseilverschleiß, gekennzeichnet durch einen Signaleingang für ein Drehwinkelmesssignal zur Bestimmung der Umdrehungen der Treibscheibe (4), einen Signaleingang für ein Positionssignal zur Bestimmung der Position eines Fahrkorbs (2) der Förderanlage (1), und Auswertemittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.