DE102008038034A1

DE102008038034A1 - Verfahren zur Messung von Drehschwingungsprofilen im Antriebsstrang eines Großhydraulikbaggers

Info

Publication number: DE102008038034A1
Application number: DE200810038034
Authority: DE
Inventors: Reinhard Emminger
Original assignee: Terex Germany GmbH and Co KG
Current assignee: Caterpillar Global Mining HMS GmbH
Priority date: 2008-08-16
Filing date: 2008-08-16
Publication date: 2010-02-25

Abstract

Verfahren zur Messung von Drehschwingungsprofilen im Antriebsstrang eines Großhydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 200 t, indem im Bereich einzelner oder mehrerer rotierender Bauteile des Antriebsstrangs Sensoren vorgesehen werden, für jedes zu überprüfende Bauteil ein Drehschwingungsbereich definiert und in einer Rechnereinheit abgelegt wird, und wobei beim Überschreiten eines festgelegten Grenzwertes des jeweiligen Drehschwingungsbereiches eine Meldung zur mittel- oder unmittelbaren Fehlerbehebung an dem betroffenen Bauteil generiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Drehschwingungsprofilen im Antriebsstrang eines Großhydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 200 t und mit mindestens einem Antriebsstrang, bestehend aus Antriebsmotor, Kupplung, Getriebe und Pumpen, wobei der Antrieb durch diesel- oder elektrischbetriebene Motoren gebildet werden kann.
Großhydraulikbagger mit einem Dienstgewicht > 200 t werden in der Regel in Minenbetrieben eingesetzt und sind dort vielfach über einen langen Tageszeitraum im Dauereinsatz. In vorgegebenen Zeitintervallen werden Großhydraulikbagger Wartungsarbeiten unterzogen, wobei in bestimmten Abständen auch diverse Bauteile, wie beispielsweise Kupplungen, ausgetauscht werden.
Dennoch geschieht es immer wieder, dass im rauen Alltagsbetrieb an betriebsrelevanten Bauteilen, wie beispielsweise Kupplungen, zwischen den Serviceintervallen Schäden auftreten, was möglicherweise auf Materialfehler und/oder Systemfehler zurückzuführen ist.
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, eine Früherkennung von System- und/oder Bauteilproblemen im Antriebsstrang eines Großhydraulikbaggers herbeizuführen, durch welche sich ankündigende Schäden rechtzeitig erkannt werden können und eine Entscheidung herbeigeführt werden kann, inwieweit der jeweilige Schaden mittel- oder unmittelbar behoben werden muss.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren zur Messung von Drehschwingungsprofilen im Antriebsstrang eines Großhydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 200 t, indem im Bereich einzelner oder mehrerer rotierender Bauteile des Antriebsstrangs Sensoren vorgesehen werden, für jedes zu überprüfende Bauteil ein Drehschwingungsbereich definiert und in einer Rechnereinheit abgelegt wird, und wobei beim Überschreiten eines definierten Grenzwertes des jeweiligen Drehschwingungsbereiches eine Meldung zur mittel- oder unmittelbaren Fehlerbehebung an dem betroffenen Bauteil generiert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Dieses Ziel wird auch erreicht durch eine Einrichtung zur Messung von Drehschwingungsprofilen im Antriebsstrang eines Großhydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 200 t, wobei der Antriebsstrang rotierende mechanische und hydraulische Bauteile aufweist, im Bereich der rotierenden mechanischen und hydraulischen Bauteile Sensoren positioniert sind und eine zentrale und/oder dezentrale Rechnereinheit vorgesehen ist, wobei der jeweilige Sensor mit der Rechnereinheit in Wirkverbindung steht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Mit dem Erfindungsgegenstand ist eine dauerhafte Überwachung von Drehschwingungsprofilen des gesamten Antriebsstrangs eines Großhydraulikbaggers möglich. Bei Abweichung von Normalwerten (vorgegebener Betriebsbereich) wird eine Meldung generiert. Innerhalb der Rechnereinheit wird eine mathematische Abbildung der Drehschwingungsbereiche sämtlicher überwachter Bauteile im Antriebsstrang (Motor, Kupplung, Pumpenverteilergetriebe, Getriebeverzahnung und Pumpen) in Abhängigkeit der Betriebssituation (Anlauflast, Temperatur oder dergleichen) generiert. Somit ist eine genaue Bestimmung des Problems (Bauteil- oder Systemfehler) gegeben.
Diese gezielten Informationen werden dem Führer des Großhydraulikbaggers beispielsweise auf einem Bildschirm angezeigt, wobei auch eine Übermittlung dieser Daten an eine externe Stelle, beispielsweise eine betreiberseitige Servicestelle, möglich ist. Die Daten können am Monitor in Form von beispielsweise Balken dargestellt werden. Sämtliche Daten werden innerhalb der Rechnereinheit gespeichert und können mit Werten vorangegangener Messungen verglichen werden. Somit kann für jedes der überwachten Bauteile ein individuelles Protokoll erzeugt werden.
Von besonderem Vorteil ist, dass durch das der Erfindung zu Grunde liegende Messverfahren in Verbindung mit der zum Einsatz gelangenden Rechnereinheit auch unterschiedliche Betriebszustände, wie beispielsweise der Anlaufvorgang des Antriebsmotors, der normale Betriebszustand (Last) sowie auch unterschiedliche Temperaturen innerhalb der unterschiedlichen Betriebszustände überwacht und protokolliert werden können.
Die zum Einsatz gelangenden Sensoren sind üblicherweise berührungslos arbeitende Sensoren, die Markierungen am jeweils zu überwachenden Bauteil erkennen und bei rotierendem Bauteil elektrische Impulse an die Rechnereinheit weiterleiten.
Innerhalb der Rechnereinheit ist für jedes rotierende und zu überwachende Bauteil ein definierter Drehschwingungsbereich abgelegt. Dieser Bereich wird beispielsweise gebildet aus einer gleichförmigen Drehgeschwindigkeit mit einer definierten Impulsfolge sowie einem dieser Drehgeschwindigkeit zugeordneten definierten Grenzwert, der dann dazu dient, bei Überschreitung desselben eine Meldung entweder an den Baggerführer oder eine dezentrale Stelle zu generieren.
Anhand der angezeigten Werte kann dann entweder der Baggerführer selber oder aber beispielsweise die betriebsseitige Servicestelle entscheiden, inwieweit das problembehaftete Bauteil sofort ausgetauscht werden muss oder aber ob es im Rahmen des nächsten Serviceintervalls ausgetauscht werden kann.
Mit dem Erfindungsgegenstand ist es also möglich, sich längerfristig ankündigende oder in Kürze eintretende Schäden am jeweils zu überwachenden Bauteil zu erkennen und dadurch ungeplante kostenintensive Gerätestillstandzeiten, insbesondere von Großhydraulikbaggern mit einem Dienstgewicht > 200 t, zu minimieren bzw. gezielt Wartungsarbeiten einzuleiten.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.
1 zeigt als Prinzipskizze einen nur angedeuteten Hydraulikbagger 1 mit einem Dienstgewicht > 200 t, wie er beispielsweise zur Gewinnung von Ölschiefer in einer Mine eingesetzt werden kann. Dargestellt sind nur die relevanten Bauteile wie der auf einem Raupenfahrwerk 3 schwenkbar gelagerte Oberwagen 2, der Führerstand 4 sowie angedeutet eine Rechnereinheit 21. Ebenfalls nur angedeutet ist der einen Dieselmotor 5, eine Kupplung 6, ein Pumpenverteilergetriebe 7 sowie mechanisch an das Pumpenverteilergetriebe angeflanschte Pumpen 8 beinhaltende Antriebsstrang 1'.
Weitere hydraulischen Elemente, wie Hydraulikmotore, Hydraulikleitungen oder dergleichen, sind hier nicht dargestellt, vom Schutzumfang jedoch mit umfasst, da auch hier rotierende Bauteile gegeben sind.
2 stellt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Hydraulikbaggers mit einem Dienstgewicht > 200 t dar, der sich an 1 orientiert, so dass für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Erkennbar ist die Abtriebswelle 9 des Dieselmotors 5, eine zwischengeschaltete Kupplung 6, die Eingangswelle 10 zum Pumpenverteilergetriebe 7 sowie die Abtriebswelle 11 vom Pumpenverteilergetriebe 7 zu den an dem Getriebe 7 angeflanschten Pumpen 8. In diesem Beispiel sollen die Wellen 9, 10, 11 hinsichtlich ihrer Drehschwingungsprofile überwacht werden. Zum Einsatz gelangen mindestens 2 Sensoren 12, 13 oder 14, die auf der Oberfläche der jeweiligen Welle 9, 10 oder 11 vorgesehene Markierungen 15, 16 oder 17 erfassen und diese Impulse über elektrische Leitungen 18, 19 oder 20 an eine im Führerstand 4 vorgesehene Rechnereinheit 21 weiterleiten. Die Rechnereinheit 21 beinhaltet ein vorgegebenes Drehschwingungsprofil eines jeden überwachten Bauteils 9, 10, 11, das in diesem Beispiel als Grenzwert definiert wird.
Bei Störungen, beispielsweise Zündaussetzern des Dieselmotors 5, wird das bekannte Drehschwingungsverhalten des Antriebsstrangs 1' in ein abweichendes Drehschwingungsverhalten umgewandelt. Diese Abweichung wird beispielsweise durch den Sensor 12 durch Abtasten der Markierung 15 festgestellt und an die Rechnereinheit 21 weitergeleitet. Hier findet ein Vergleich mit dem abgespeicherten Drehschwingungsbereichsgrenzwert statt und es wird eine entsprechende Meldung auf einen nicht weiter dargestellten Monitor übermittelt, die der Baggerführer wahrnimmt und beispielsweise anhand dargestellter Balken selber entscheiden kann, ob die Grenzwertüberschreitung des jeweils betroffenen überwachten Bauteils 9–11 relevant ist oder nicht. In gleicher Weise betrifft dies auch die Kupplung 6, die üblicherweise durch ein zumindest teilelastisches Bauteil gebildet ist. Bei Materialermüdung und/oder Lastüberschreitung treten Drehzahlveränderungen vor und hinter der Kupplung 6 auf, die ebenfalls ungleichförmige Drehschwingungen der Wellen 9, 10 mit sich bringen. Der vorab beschriebene Vergleichsvorgang innerhalb der Rechnereinheit 21 findet somit hier wie auch an allen anderen überwachten Bauteilen statt.

1: Hydraulikbagger
1': Antriebsstrang
2: Oberwagen
3: Raupenfahrwerk
4: Führerstand
5: Dieselmotor
6: Kupplung
7: Pumpenverteilergetriebe
8: Pumpe(n)
9: Welle
10: Welle
11: Welle
12: Sensor
13: Sensor
14: Sensor
15: Markierung
16: Markierung
17: Markierung
18: elektrische Leitung
19: elektrische Leitung
20: elektrische Leitung
21: Rechnereinheit

Claims

Verfahren zur Messung von Drehschwingungsprofilen im Antriebsstrang eines Großhydraulikbaggers (1) mit einem Dienstgewicht > 200 t, indem im Bereich einzelner oder mehrerer rotierender Bauteile (9, 10, 11) des Antriebsstrangs (1') Sensoren (12, 13, 14) vorgesehen werden, für jedes zu überprüfende Bauteil (9–11) ein Drehschwingungsbereich definiert und in einer Rechnereinheit (21) abgelegt wird, und wobei beim Überschreiten eines definierten Grenzwertes des jeweiligen Drehschwingungsbereiches eine Meldung zur mittel- oder unmittelbaren Fehlerbehebung an dem betroffenen Bauteil (9–11) generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass berührungslos arbeitende Sensoren (12–14) sowohl im Bereich hydraulischer als auch mechanischer Bauteile (9–11) des Großhydraulikbaggers (1) positioniert werden, wobei die Funktion eines jeden der überwachten Bauteile (9–11) separat überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes überwachte Bauteil (9–11) ein Drehschwingungsbereich definiert und in der Rechnereinheit (21) abgelegt wird, so dass bei Überschreitung des oberen Grenzwertes des Drehschwingungsbereiches der Fehler dem defekten Bauteil (9–11) unmittelbar zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der jeweilige Grenzwert der einzeln überwachten Bauteile (9–11) als auch die Grenzwertüberschreitung zumindest an einem im Führerhaus (4) des Großhydraulikbaggers (1) vorgesehenen Monitor angezeigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Grenzwertüberschreitung ein optisches und/oder akustisches Signal ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Grenzwert der einzelnen überwachten Bauteile (9–11) und auch die Grenzwertüberschreitung an eine außerhalb des Großhydraulikbaggers (1) vorgesehene Überwachungs- und Auswerteeinrichtung übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Größe und/oder zeitlichen Länge der Grenzwertüberschreitung des jeweils überwachten Bauteils (9–11) eine Entscheidung über die mittel- oder unmittelbare Fehlerbehebung des jeweils betroffenen Bauteils (9–11) herbeigeführt wird.
Einrichtung zur Messung von Drehschwingungsprofilen im Antriebsstrang (1') eines Großhydraulikbaggers (1) mit einem Dienstgewicht > 200 t, wobei der Antriebsstrang (1') rotierende mechanische und hydraulische Bauteile (9–11) aufweist, im Bereich der rotierenden mechanischen und hydraulischen Bauteile (9–11) Sensoren (12, 13 und/oder 14) positioniert sind und eine zentrale und/oder dezentrale Rechnereinheit (21) vorgesehen ist, wobei der jeweilige Sensor (12, 13 und/oder 14) mit der Rechnereinheit (21) in Wirkverbindung steht.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (12) im Bereich der Ausgangswelle (9) der Antriebsmaschine, insbesondere eines Dieselmotors (5), vor einer Kupplung (6) positioniert ist.
Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (13) im Bereich hinter der Kupplung (6) vor einem Pumpenverteilergetriebe (7) positioniert ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (14) im Bereich hinter dem Pumpenverteilergetriebe (7) angeordnet ist.