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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Hubwerksbremsen entsprechend
dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches und eine Vorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens.
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Die
Erfindung ist geeignet, um Hubwerksbremsen von Kranen ohne Last
zu prüfen.
Der Einsatz der Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die
Hubwerksbremsen von Großkranen
mit einer Tragfähigkeit von
mehr 50 t überprüft werden
müssen.
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Hubwerksbremsen
müssen
entsprechend der gesetzlichen Bestimmungen in regelmäßigen Abständen, in
der Regel jährlich,
mit annähernder
Nennlast überprüft werden.
Dadurch werden alle im Kraftfluß liegenden
Maschinen und Bauteile zusätzlich
belastet, wobei es zum vorzeitigen Ausfall der betreffenden Teile kommen
kann. Insbesondere für
Großkrane
mit einer Tragfähigkeit
von 50 t müssen
Probelastgewichte bis zum 200 t beschafft werden, was sehr arbeitaufwendig
und zeitintensiv ist. In Fällen,
in denen die Probelastgewichte auf Zwischendecken abgelegt werden
müssen,
ist das wegen der hohen Bodenbelastung unter dem Kran gar nicht
möglich,
so daß eine
jährlich
wiederkehrende Prüfung
mit der Nennlast nicht durchführbar
ist. Es wird daher nach Wegen gesucht, die vorgeschriebenen Prüfungen überhaupt
durchführen
zu können
bzw. zu vereinfachen.
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Eine
Möglichkeit
besteht darin, nur nach Bedarf zu prüfen, das heißt, insbesondere
bei Maschinenhauskranen (Turbinen) wird die Nennlast nur bei der
Montage bzw. Demontage der Turbine gehoben. Da die Demontage der
Turbine erst nach 15 bis 20 Jahren erfolgt und die Turbine selbst
die Prüflast
bei der Bremsprüfung
bildet, erfolgt die Bremsprüfung
mit der vorgeschriebenen Last unter Beisein eines Fachmannes nur in
diesen Zeitabständen.
In der Zwischenzeit können
Bremsprüfungen
nur mit erforderlichen Teillasten durchgeführt werden. Infolgedessen ist
es allerdings erforderlich, daß die
zuständigen
Versicherungen für
die Anlage ihr Einverständnis
geben, ob bei einem Störfall
der betreffenden Schaden abgesichert ist.
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Eine
weitere Möglichkeit
ist eine Bremsprüfung
ohne Seileinscherung.
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Bei
einem Kran mit 100 t Tragefähigkeit
mit zwei Trommeln 2 × 4fach
eingeschert und Umlenkrolle und einem Wirkungsgrad n = 0,92 ergibt
sich ein
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Es
wäre deshalb
möglich,
das Hubseil auszuscheren und an jeder Trommel 13,6 t auszuhängen, und die
Bremsprüfung
durchzuführen.
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Vorteil:
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Die
Prüflast
wird um die Einscherung reduziert und die Tragkonstruktion wird
nicht zusätzlich
durch die Prüflast
beansprucht.
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Nachteil:
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Antriebskette
wird wie mit Prüflast
beansprucht.
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Hubseil
Aus- und Anscheren sehr aufwendig und kostenintensiv.
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Eine
weitere Möglichkeit
stellt die statische Bremsprüfung
mit Bremsprüfgeräten dar.
Dazu wurde ein Bremsgerät
entwickelt, das wie folgt funktioniert:
Gegen eine gebremste
Scheibenbremse wird auf die Bremsscheibe so lange mit einem Hydraulikzylinder
einen Moment aufgebracht, bis die Bremsscheibe zu rutschen beginnt. Über Zylinderdruck
und Hebelarm wird das Bremsmoment ermittelt. Das Bewegen der Bremsscheibe
wird über
einen Sensor überwacht.
Nachteilig an dieser Möglichkeit
ist, daß die
rotierenden Massen nicht berücksichtigt
werden und das Moment gegen die Halt- und nicht gegen die Gleitreibung
gemessen wird, was nicht mit dem tatsächlichen Bremsvorgang vergleichbar
ist. Außerdem
handelt es sich dabei um eine Methode, die nicht von der Berufsgenossenschaft
zugelassen ist.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu finden, Hubwerksbremsen
von Kranen mit geringem Aufwand und ohne Probegewicht durchzuführen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches
gelöst
und eine Vorrichtung nach den Merkmalen des Patentanspruches 2.
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Unteransprüche geben
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
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Die
erfindungsgemäße Lösung sieht
vor, Hubwerksbremsen von Kranen dadurch zu prüfen, daß eine zusätzliche Schwungmasse mit der
Bremse verbunden ist. Diese zusätzliche
Schwungmasse, die nach dem zu prüfenden
Bremsfall bemessen wird, wird auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt.
Das Beschleunigen kann durch die Motor über ein Getriebe oder ohne
Getriebe erfolgen.
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In
besonderen Fällen
kann die Schwungmasse über
ein Lager und ein Zahnrad mit der Bremsscheibe verbunden sein, wobei
die Bremsscheibe in diesen Fällen
vorzugsweise an ihrem Außenumfang
Außenverzahnungen
aufweist, so daß eine
formschlüssige
Verbindung zwischen Zahnrad und Außenverzahnung der Bremsscheibe
entsteht. Die mit Schwungmasse beschleunigte Bremsscheibe wird,
wenn sie die vorgegebene Drehzahl erreicht hat, abgebremst, wobei über Sensoren
oder geeignete andere Elemente die Bremszeit oder der Bremsweg gemessen
wird. Als Bremszeit gilt die Zeit vom Beginn des Bremsvorganges
bis zum Stillstand der Bremsschreibe. Der Bremsweg kann mit der
Bewegung des Hebezeuges am Kran gemessen werden.
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Sofern
die Schwungmasse direkt auf der Kupplung des Motors angeordnet wird,
ergibt sich die vorgegebene maximale Drehzahl aus der maximalen
Drehzahl des Motors, sofern ein Getriebe dazwischengeschaltet ist,
aus der maximalen Drehzahl, die durch das Getriebe erreicht wird.
Das Bremsmoment wird aus der Nennlast reproduziert über die
Formel:
- n
- Motordrehzahl bzw.
Drehzahl der Schwungmasse in 1/min
- t
- Bremszeit in sec.
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Für die Lösung der
Gleichung (1) ist die Ermittlung des Massenträgheitsmomentes erforderlich
bei gegebener Drehzahl und festgelegter Bremszeit.
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Hierzu
können
zwei Wege begangen werden:
- a) Ermittlung über das
Lastenmoment und Massenträgheitsmoment
der Last nach 1. Vorgabe einer Bremszeit, die im Test nicht überschritten
werden darf. Bestimmungen der Zusatzschwungmasse aus dieser Bremszeit,
der Last und den Triebwerksdaten.
1. Lastenmoment (an Motorwelle)
aus Hublast: Mit
- ML
- Lastmoment in Nm
- L
- Hublast in kg
- g
- Erdb. in m/s2
- Vh
- Hubgeschw. in m/min
- N
- Motordrehzahl in 1/min
Statt Vh/(2π n) kann
auch rτ/iges also Trommelradius (in m) durch Gesamtübersetzung
(Getriebe × Flaschenzug)
gerechnet werden.
2. Drehträgheit
(Motorwelle) aus Massenträgheit
der Last: Mit - IL
- Drehträgheit in
kg × m2.
3. Winkelbeschleunigung Mit - ώ
- Winkelbeschleunigung
in 1/s2
- T
- Bremszeit (n bis 0)
in s
4. Erforderliche Zusatzschwungmasse: Mit - Izus
- Zusatzschwungmasse
in kg × m2
- ƞ
- Gesamtwirkungsgrad
aus Getriebe und Seilrieb.
- b) Ermittlung über
das erforderliche Bremsmoment Mit
- N
- Motorleistung in KW
- L
- Hublast in kg
- n
- Hubgeschwindigkeit
in m/min
- ƞ
- Wirkungsgrad
Mit - MBr
- Bremsmoment in Nm
- g
- Erdbeschleunigung
in m/s2
- c) Sollte die erforderliche Schwungmasse an der Motorwellenkupplung
zu groß werden,
so ist es möglich, über ein
Getriebe, das im Bedarfsfall an die Motorwellenkupplung angebaut
wird, durch Übersetzung
auf höhere
Drehzahlen die Schwungmasse zu verringern.
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Im
Folgenden wird die Erfindung an zwei Figuren und einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Die Figuren
zeigen:
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1:
Vorrichtung zum Prüfen
der Hubwerksbremse eines Kranes, bei der die Schwungmasse direkt auf
der Kupplung angeordnet ist.
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2:
Vorrichtung zum Prüfen
von Hubwerksbremsen, bei der die Schwungmasse über ein Getriebe und ein Zahnrad
an der Bremsscheibe angetrieben wird.
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Die 1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die zusätzliche
Schwungmasse 1 auf der Kupplung 8 zwischen dem
Getriebe 6 und dem Antriebsmotor 5 angeordnet
ist und die Bremse eine Trommelbremse antreibt. Mit dem Motor 5 und
dem Getriebe 6 wird die Schwungmasse 1, deren
Gewicht exakt bestimmt ist, auf eine vorbestimmte Drehzahl beschleunigt.
Mit der gleichen Drehzahl bewegt sich die Trommelbremse 2. Sobald
die vorgegebene Drehzahl die Trommelbremse 2 erreicht ist,
wird diese in einem vorgegebenen Moment abgebremst und die Zeit
gemessen, die für
den Bremsvorgang benötigt
wird. Statt der Bremszeit, die über
Sensoren an der Trommelbremse 2 erfaßt wird, kann auch der Weg
gemessen werden, den das Hebezeug (nicht gezeigt) während des
Bremsvorganges zurücklegt.
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Die 2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die zusätzliche
Schwungmasse 1 über
ein Zahnrad 7 mit der Bremsscheibe 2 verbunden
ist, wobei die Bremsscheibe Außenverzahlungen 4 aufweist
und somit eine formschlüssige
Verbindung zwischen der Bremsscheibe 2 und dem Zahnrad 7 vorhanden
ist. Zwischen dem Zahnrad 7 und der zusätzlichen Schwungmasse 1 ist
ein Lager 3 angeordnet. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil,
daß die
Drehzahl des Motors 5 über
das Getriebe 6 auf eine sehr hohe Drehzahl der Bremsscheibe 2 und
somit der zusätzlichen
Schwungmasse 1 übersetzt
werden kann, so daß bedeutend
höhere Bremsmomente
wie im Ausführungsbeispiel
1 erforderlich sind, um die Bremsscheibe abzubremsen.
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Wie
das Massenträgheitsmoment
und die Schwungmasse ermittelt werden, wird am Beispiel einer Krananlage
gezeigt, die folgende technische Daten aufweist:
| Tragfähigkeit: | 110
t |
| Motorleistung: | 30
KW |
| Motordrehzahl | 960
min–1 |
| Hubgeschwindigkeit | 1,15
m/min |
| Gesamtwirkungsgrad
des Hubwerks: | N
= 0,935 |
| Bremszeit: | t
= 0,5 sec. |
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Ermittlung über das
Lastmoment und das Trägheitsmoment
der Last:
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Hier
ist zu prüfen,
welche Drehzahl bei Bremsbeginn im Senken vorliegt. n = 960 läßt auf Drehstrommotor
schließen,
der beim Senken übersynchron
nü =
1040 dreht. Bei gleicher Bremszeit t von 0,5 s ergebe sich eine
größere Verzögerung ώü =
217,15 1/s2.
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Mit
DA = 500 mm und Di =
335 mm wird die erforderliche Masse m = 63,9 kg und die Dicke der
Scheibe b 76,15 mm.
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Ermittlung über das
erforderliche Bremsmoment:
- N
- = Motorleistung in
KW (erforderlich)
- L
- = Hublast in kg
- n
- = Hubgeschwindigkeit
in m/min
- ƞ
- = Wirkungsgrad
- MBr
- = Bremsmoment in Nm
- g
- = Erdbeschleunigung
in m/s2
- n
- = Motordrehzahl in
1/min.
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Aus
dem Ausführungsbeispiel
geht hervor, daß bei
einer vorgegebenen Bremszeit von t = 0,5 sec. eine zusätzliche
Masse von 63,9 kg erforderlich sind, um das erforderliche Bremsmoment
für die
zu prüfende
Hubwerksbremse aufzubringen. Sofern die Bremszeit von 0,5 sec. überschritten
wird, ist dem Bremshubwerk eine weitere Zulassung zu versagen.
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Das
vorgeschlagene Verfahren und die gefundene Vorrichtung haben den
Vorteil, daß Hubwerksbremsen
von Kranen ohne Last und ohne erheblichen Aufwand und erhebliche
Kosten in regelmäßigen Abständen zuverlässig überprüfbar sind.
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- 1
- Schwungmasse/Zusatzmasse
- 2
- Bremsscheibe
- 3
- Lager
- 4
- Außenverzahnung
der Bremsscheibe 2
- 5
- Motor
- 6
- Getriebe
- 7
- Zahnrad
- 8
- Kupplung
