DE102021102077A1

DE102021102077A1 - Verfahren zur Ermittlung der Belastungen einer Hebe- oder Transportvorrichtung mit elektrischem Antrieb

Info

Publication number: DE102021102077A1
Application number: DE102021102077.8A
Authority: DE
Inventors: Oliver Nachbauer; Gregor Debmann
Original assignee: Movecat GmbH
Current assignee: MOVEKET GMBH, DE
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-08-04
Also published as: WO2022162113A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren Ermittlung einer Belastung einer Hebevorrichtung (1) oder einer Transportvorrichtung, wobei die Hebevorrichtung (1) oder die Transportvorrichtung einen Elektromotor (2) und eine Messeinrichtung (13) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der während des Betriebs auftretenden Belastungen von Hebe- oder Transportvorrichtungen, wobei in der Hebe- oder Transportvorrichtung ein Elektromotor, insbesondere ein Drehstrom - oder Wechselstrom-Motor, zum Einsatz kommt. Die Erfindung betrifft ferner Hebe- und Transportvorrichtungen.
Weiter unten werden einige für das Verständnis der Erfindung wichtige Begriffe erläutert. Vorab sei zunächst nur darauf hingewiesen, dass die Lebensdauer von Hebe- und Transportvorrichtungen begrenzt ist und die Abnutzung der Hebe- und Transportvorrichtungen von deren Belastungen während des Betriebs abhängt. Die einschlägigen technischen Regelwerke sehen vor, dass die Belastungen abgeschätzt oder erfasst werden, um auf Basis dieser Daten die Abnutzung zu berechnen. Außerdem müssen die Hebe- und Transportvorrichtungen zuverlässig vor Überlastungen und den daraus möglicherweise resultierenden Schäden geschützt werden.
Aus der DE 19 617 105 A1 und der EP 1 184 329 A2 sind Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung der Last einer Hebevorrichtung bekannt. Die EP 1 184 329 A2 schlägt vor, die Last indirekt über die Bestimmung des Magnetisierungsflusses des Elektromotors zu bestimmen.
Nachfolgend werden zunächst einige Begriffe erläutert, die im Zusammenhang mit der Erfindung von Bedeutung sind:
Die Abnutzung S (Vollaststunden [h]) einer Hebe- oder Transportvorrichtung in einem bestimmten Zeitraum (zum Beispiel 1 Jahr oder das vom Hersteller vorgeschriebene Zeitintervall „i“ zwischen zwei Wartungen) wird gemäß der FEM 9.511 wie folgt berechnet: $S_{i} = k_{mi} \times gemittelte t \ddot{a} gliche Laufzeit \times die Zahl der Arbeitstage \times Zuschlagsfaktor .$
Dabei sind:

kmi [-]: Der Anteil [%] der Betriebszeiten in denen die Hebevorrichtung mit einer Belastung bis zu 25 %, bis zu 50 %, bis zu 75 % oder bis zu 100 % der Nennlast betrieben wurde [-]. Durch diesen Faktor werden die tatsächliche Betriebsdauer und die dabei auftretenden Lasten auf eine Nutzung unter Volllast / eine Volllaststundenzahl umgerechnet.
Die „gemittelte tägliche Laufzeit“ [h] meint die Betriebsdauer der Hebevorrichtung an einem Arbeitstag; bei einem Einschicht-Betrieb kann sie 8 Stunden/Tag betragen. Im Zweischicht-Betrieb kann sie 16 Stunden/Tag betragen.
Die Zahl der Arbeitstage [-] umfasst alle Tage eines Kalenderjahres in denen die Hebevorrichtung in Betrieb bzw. unter Last war (= Arbeitstag).
Der Zuschlagfaktor [-] berücksichtigt die Qualität der Daten.
Er wird mit 1,0 angesetzt, wenn die aufgetretenen Belastungen exakt erfasst wurden.
Er wird mit 1,1 angesetzt, sofern ein Betriebsstundenzähler (einfaches Zählwerk) vorhanden ist.
Er wird mit 1,2 angesetzt, wenn bestimmte in den einschlägigen Regelwerken definierte Betriebsweisen gefahren wurden.
Er wird mit 1,5 angesetzt, wenn die Betriebsweise der Hebevorrichtung unbestimmt ist.

Schon aus dem Vergleich der Zuschlagsfaktoren, die zwischen 1,0 und 1,5 liegen, wird deutlich, dass nur durch eine exakte Erfassung der Belastungen, denen eine Hebevorrichtung im Betrieb tatsächlich ausgesetzt ist, die technische Lebensdauer der Hebe- oder Transportvorrichtung auch tatsächlich ausgenutzt werden kann. Eine schlechtere Qualität der Daten führt wegen des größeren Zuschlagfaktors zu einer Verkürzung der Nutzungsdauer der Hebevorrichtung.
Belastung: Jede Hebe- oder Transportvorrichtung hat eine zulässige Maximallast [kg]. Wenn die Hebevorrichtung mit der Maximallast belastet wird, dann ist die Belastung 100%. Bei kleineren Lasten verringert sich die Belastung entsprechend. Die Belastung kann als Zugkraft oder als Druckkraft auf eine Hebevorrichtung wirken. Bei einem Elektrokettenzug wirkt die Last als Zugkraft auf die Kette oder das Seil. Bei einem in vertikaler Richtung verfahrbaren Bühnenpodest, das Unterflur eingebaut ist, wirkt die Last als Druckkraft auf einen Hydraulikzylinder, einen Zahnstangenantrieb oder dergleichen.
Eine analoge Definition gilt auch für Transportvorrichtungen, die eine Schub- oder Zugkraft in horizontaler Richtung aufbringen.
Belastungsstufe (BS): Um die während des Betriebs auf eine Hebe- oder Transportvorrichtung wirkenden verschiedenen Belastungen zusammenzufassen, werden Belastungsstufen gebildet. Ein Beispiel für die Aufteilung der möglichen Belastungen von 0% bis zur Maximallast (entsprechend einer Belastung von 100%) in vier Belastungsstufen ist zum Beispiel in dem Regelwerk FEM 9.511 oder der DIN EN 17206, festgelegt. Eine erste Belastungsstufe (BS25) umfasst alle Lasten kleiner oder gleich 25 % der Maximal- oder Nennlast.
Eine zweite Belastungsstufe (BS50) umfasst alle Lasten größer 25% und kleiner oder gleich 50 % der Maximal- oder Nennlast.
Eine dritte Belastungsstufe (BS75) umfasst alle Lasten größer 50% und kleiner oder gleich 75 % der Maximal- oder Nennlast.
Eine vierte Belastungsstufe (BS100) umfasst alle Lasten größer 50% und kleiner oder gleich 100 % der Maximal- oder Nennlast.
Demnach ist eine Belastung von zum Beispiel 19% eine Belastung innerhalb der ersten Belastungsstufe. Eine Belastung von zum Beispiel 28% ist eine Belastung innerhalb der zweiten Belastungsstufe.
Selbstverständlich ist es auch möglich, den Bereich der Belastungen von 0% bis zur Maximallast (entsprechend einer Belastung von 100%) in mehr als vier Belastungsstufen aufzuteilen. In der Tabelle 3 (siehe 6) ist eine Unterteilung sind hundert (100) Belastungsstufen vorgesehen.
Belastungsdauer: Dauer [h], die eine Hebe- oder Transportvorrichtung mit einer bestimmten Belastung betrieben wird.
Hebe- und Transportvorrichtung: Hebevorrichtungen dienen dazu, Lasten in vertikaler Richtung zu heben und zu abzusenken. Dabei können die erforderlichen Kräfte durch Tragmittel aufgebracht werden, die auf Zug beansprucht werden (Seil, Kette, ...) oder Tragmittel, die auf Druck beansprucht werden (Hydraulikzylinder, Zahnstangenantrieb, ). In beiden Fällen führt das Versagen der Tragmittel zu einer erheblichen Gefährdung von Personen und/oder Sachen und ist daher unbedingt zu vermeiden. Beispielsweise kann ein Hubpodium eines Theaters ein Schauspieler tragen (das ist dann die Last des Hubpodiums). Es liegt auf der Hand, dass ein Versagen des Hubpodiums eine direkte Gefährdung des Schauspielers darstellt und unbedingt zu vermeiden ist. Eine Hebevorrichtung kann aber auch ein Kettenzug sein, der Lasten hebt und senkt.
Es gibt in der Veranstaltungstechnik, aber auch der Logistik Transportvorrichtungen, die Personen oder Sachen in horizontaler Richtung verschieben, wie zum Beispiel ein Bühnenwagen. Auch hier muss ein Versagen aus Sicherheitsgründen unbedingt vermieden werden.
Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter dem Sammelbegriff „Hebe- und Transportvorrichtung“ verschiedenste Vorrichtungen zusammengefasst, die eine konstruktiv vorgegebene Lebensdauer (Volllaststunden) haben und bei denen aus Sicherheitsgründen die während des Betriebs auftretenden Belastungen abgeschätzt oder erfasst werden müssen, um daraus die Abnutzung S zu ermitteln.
Leistungsfaktor λ: Der Leistungsfaktor eines mit Drehstrom oder Wechselstrom betriebenen Elektromotors ist definiert als das Verhältnis von Wirkleistung P und Scheinleistung S. $λ = P/S .$
Der Leistungsfaktor λ berücksichtigt auch Oberschwingungen in dem zeitlichen Verlauf von Strom und/oder Spannung in den Phasenleitern eines Drehstromnetzes bzw. in einem Wechselstromnetz mit nur einer Phase.
Bei sinusförmigen Spannungen und Strömen entspricht der Leistungsfaktor λ dem Cosinus des Phasenverschiebungswinkels φ. Nicht sinusförmige Größen enthalten neben der Grundschwingung zusätzlich Oberschwingungen zu denen sich kein einheitlicher Phasenverschiebungswinkel φ angeben lässt.
Häufig tritt in einer oder mehreren Phasenleitern eines Drehstrom-Netzes trotz sinusförmiger Wechselspannung infolge nichtlinearer Verbraucher ein nicht sinusförmiger oder „verzerrter“ Wechselstrom auf. Dann ist der Leistungsfaktor λ ungleich dem Cosinus des Phasenverschiebungswinkels φ (λ ≠ cos φ). Der Leistungsfaktor λ ist ein dem einschlägigen Fachmann geläufiger Begriff. Zur näheren Erläuterung sei an dieser Stelle auf die Internet - Enzyklopädie „Wikipedia“ verwiesen.
Restnutzungsdauer: Ist die noch verbleibende Zahl von Volllast-Betriebsstunden einer Hebe- oder Transportvorrichtung. Sie wird berechnet aus den Volllaststunden einer neuen Hebevorrichtung abzüglich der im Laufe des Betriebs abgeleisteten Volllast-Betriebsstunden bzw. der Abnutzungen S in den vergangenen Jahren bzw. Wartungsintervallen.
Beispielrechnung:
Annahme: Eine fabrikneue Hebe- oder Transportvorrichtung hat eine technische Lebensdauer von 400 Volllaststunden.
Betriebsjahr 1: $Restnutzungsdauer = 400 Vollaststunden - S_{1}$
Wenn die Abnutzung S₁ im ersten Jahr des Betriebs 50 h beträgt, dann ist die nach dem ersten Betriebsjahr verbleibende Restnutzungsdauer = 400 h - 50 h = 350 Volllaststunden.
Betriebsjahr 2:
Wenn die Abnutzung S₂ im zweiten Jahr des Betriebs 70 h beträgt, dann ist die Restnutzungsdauer nach zwei Betriebsjahren = 400 h - (50 h + 70 h) = 280 Volllaststunden.
Spätestens, wenn die Restnutzungsdauer kleiner als 10 % der technischen Lebensdauer von 400 Volllastsunden ist, muss die Hebe-oder Transportvorrichtung außer Betrieb genommen werden.
Volllast-Betriebsstunden: Um die Material-Ermüdung und den Verschleiß einer Hebe- oder Transportvorrichtung, die durch den Betrieb mit verschiedenen Belastungen hervorgerufen werden, zu quantifizieren, rechnet man die verschiedenen Belastungen, denen eine Hebe-oder Transportvorrichtung während des Betriebs ausgesetzt ist, in Vollast-Betriebsstunden um.
Es liegt auf der Hand, dass das Heben und Senken einer kleinen Last (= kleine Belastung), eine Hebevorrichtung weniger beansprucht als das Anheben/Absenken einer großen Last (= große Belastung). Ganz besonders hoch ist der Verschleiß, wenn die Hebevorrichtung mit einer Last beaufschlagt wird, die größer als die zulässige Höchstlast ist.
Neben der Belastung sind die Zeitdauern während derer die Hebevorrichtung einer bestimmten Belastung ausgesetzt ist, bei der Ermittlung der Vollast-Betriebsstunden zu berücksichtigen. Stichwort Belastungsdauer.
Die Ermittlung von Volllast-Betriebsstunden ist in einschlägigen technischen Regelwerken, wie zum Beispiel der FEM 9.511 oder der DIN EN 17206, festgelegt.
Volllaststunden: Jede Hebe- oder Transportvorrichtung hat eine begrenzte technische Lebensdauer, die - wie die Abnutzung S - in Volllaststunden [h] angegeben wird. Zum Beispiel gibt es Hebevorrichtungen, deren Lebensdauer 400 oder 800 Volllaststunden beträgt. Spätestens wenn eine solche Vorrichtung ihre technische Lebensdauer erreicht hat, muss sie außer Betrieb genommen werden. Ein Weiterbetrieb ist nicht mehr sicher und daher verboten. Die Vorrichtung kann dann entweder generalüberholt oder außer Betrieb genommen/abgelegt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die es erlauben, Hebe- und Transportvorrichtungen gesetzeskonform hinsichtlich der Betriebszeiten, den dabei aufgetretenen Belastungen, sowie eventuell aufgetretenen unzulässigen Betriebszuständen (wie zum Beispiel Überlast, unzulässig hohe Temperatur der Statorwicklung) zu betreiben und rieben und deren Betrieb zu dokumentieren. Außerdem soll die Abnutzung möglichst exakt ermittelt werden. Selbstverständlich werden auch an die Zuverlässigkeit und Manipulationssicherheit hohe Anforderungen gestellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1. Dieses Verfahren zur indirekten Ermittlung der Last einer Hebe- oder Transportvorrichtung, wobei die Hebevorrichtung einen Elektromotor und eine Messeinrichtung umfasst, wobei der Elektromotor zum Heben und Absenken oder Verschieben einer Last eingesetzt wird, und die Messeinrichtung zur Erfassung elektrischer Größen, wie beispielsweise Strom und Spannung des Elektromotors eingerichtet ist, sieht vor, dass aus den von der Messeinrichtung erfassten elektrischen Größen ein Leistungsfaktor λ des Elektromotors ermittelt wird, und dass die Belastung der Hebe- oder Transportvorrichtung in Abhängigkeit des Leistungsfaktors λ bestimmt wird.
Es hat sich bei Versuchen überraschender Weise herausgestellt, dass der Leistungsfaktor λ ein sehr exaktes und einfach erfassbares Maß ist für die Last an dem Hebezeug bzw. dem Hebehaken einer Hebevorrichtung und für die Kraft, die von einer Transportvorrichtung aufgebracht wird (Schub- oder Druckkraft). Anders ausgedrückt: Durch den Vergleich eines gemessenen bzw. errechneten Werts des Leistungsfaktors λ mit den in einer Referenztabelle, einer Kennlinie oder einem Kennfeld abgespeicherten Referenzwerten kann die momentane Belastung einer Hebe- oder Transportvorrichtung sehr exakt bestimmt werden.
Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass der Messfehler, d. h. die Abweichungen der tatsächlichen Belastung und der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Belastung kleiner als 5 % sind.
Die Ermittlung des Leistungsfaktors ist messtechnisch und was die Auswertung der von der Messeinrichtung erfassten Daten anbelangt, unproblematisch. Daher ist die Umrechnung der von der Messeinrichtung erfassten elektrischen Größen in einem Leistungsfaktor ohne weiteres möglich.
Wenn man in regelmäßigen Zeitabständen, zu Beginn jedes Hebevorgangs und/oder oder zu Beginn jedes Absenkvorgangs den Leistungsfaktor bestimmt, dann können alle Belastungen denen eine Hebe- oder Transportvorrichtung ausgesetzt ist, ausreichend genau und in Echtzeit bestimmt werden. Wenn man nun noch die Dauern der jeweiligen Belastungen erfasst und abspeichert, dann kann man aus diesen Daten für jede Belastungsstufe die Betriebsdauern ermitteln. Die Betriebsdauern in den verschiedenen Belastungsstufen können wiederum in Volllast-Betriebsstunden umgerechnet werden. Daraus kann die durch den Betrieb mit unterschiedlicher Belastungen eintretende Abnutzung ermittelt werden.
Der Wert des Leistungsfaktors λ enthält auch eine Information darüber, ob die Last gehoben oder abgesenkt wird. Dadurch bleibt die abzuspeichernde Datenmenge klein. Das ist von Vorteil, weil in der Hebe-oder Transportvorrichtung von allen Hebevorgängen und Absenkvorgängen die Belastungen und die zugehörigen Zeitdauern abgespeichert werden müssen. Auch diese Information wird bei der erfindungsgemäßen Ermittlung der Abnutzung berücksichtigt.
Die Datenmenge, die in der Hebe- oder Transportvorrichtung gespeichert werden muss, ist sehr klein. Sie ist unabhängig von der Zahl der Habe- oder Absenkvorgänge. Das regelmäßige Auslesen dieser Daten im Rahmen einer Wartung und deren Übertragung zum Beispiel auf einen Server des Herstellers der Hebe- oder Transportvorrichtung wird dadurch vereinfacht. Auf Basis dieser Daten wird erfindungsgemäß die Abnutzung S ermittelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es in zusätzlicher vorteilhafter Ausgestaltung in Echtzeit zu überprüfen, ob die Belastung innerhalb der zulässigen Grenzen liegt. Wenn zum Beispiel an einer Hebevorrichtung eine Last angehängt wird, die größer ist als die maximal zulässige Last, dann wird dies durch einen Vergleich des Leistungsfaktors λ mit einem Schwellwert λ_S des Leistungsfaktors in Echtzeit erkannt.
Sobald der Leistungsfaktor den Schwellwert des Leistungsfaktors überschreitet, wird die Stromzufuhr zu dem Elektromotor unterbrochen und optional die Bremseinrichtung(en) der Hebevorrichtung aktiviert. Dann ist sichergestellt, dass von der Last keine Gefahr ausgeht. Im Idealfall wird der Elektromotor so rechtzeitig ausgeschaltet, dass die Last noch nicht angehoben wurde. Damit ist erstens die Hebe- oder Transportvorrichtung vor Überlastung geschützt und zweitens geht keine Gefahr von der zu großen Last aus.
Wenn auf diese erfindungsgemäße Weise eine Überlastung der Hebevorrichtung erkannt wurde, dann wird optional ein optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben. Darüber hinaus kann als zusätzliche Maßnahme eine Bremseinrichtung aktiviert werden.
Weiter ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass nach dem Erkennen einer unzulässig großen Last an der Hebevorrichtung, nur noch ein Absenken der Last erlaubt ist, sodass dieser unzulässige und potentiell unfallträchtige Zustand der Hebevorrichtung schnellstmöglich und sicher beendet wird.
Das Auftreten einer unzulässig großen Belastung kann erfindungsgemäß ebenfalls abgespeichert und zum Beispiel bei der nächsten Ermittlung der Vollast-Betriebsstunden berücksichtigt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden über die elektrischen Größen des Elektromotors hinaus, die Umgebungstemperatur Tamb, die Luftfeuchtigkeit und/oder die Temperatur T_Stator der Statorwicklung des Elektromotors während des Betriebs bestimmt.
Diese zusätzlichen Größen können zu einer noch weiter differenzierten Ermittlung der Belastungen genutzt werden. Beispielsweise können Änderungen im Leistungsfaktor, die sich aufgrund einer erhöhten Wicklungstemperatur des Elektromotors ergeben können, berücksichtigt werden, sodass die Genauigkeit der Bestimmung des Leistungsfaktors und der daraus resultierenden Ermittlung der Last der Hebevorrichtung nochmals verbessert wird.
Auch können beispielsweise eine hohe Luftfeuchtigkeit zu einem schnelleren Alterungsprozess in den mechanischen und/oder elektrischen Bauteilen der Hebevorrichtung führen, sodass dieser und andere Faktoren bei der Bestimmung der Volllast-Betriebsstunden und der Abnutzung der Hebe- oder Transportvorrichtung berücksichtigt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert im Wesentlichen auf der Ermittlung des Leistungsfaktors und der Erfassung von Betriebsdauern. Die Erfassung dieser Größen ist sehr einfach und zuverlässig möglich. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr wirtschaftlich.
Die Referenzwerte der Tabelle, der Kennlinie oder des Kennfelds mit deren Hilfe der Zusammenhang zwischen dem Leistungsfaktor und der Last an einem Hebezeug hergestellt wird, kann durch Versuche ermittelt werden. Diese Versuche können sogar automatisiert durchgeführt werden; sie sin relativ kostengünstig und sehr zuverlässig.
Dabei sind für jede Hebe- oder Transportvorrichtung entsprechende Versuche durchzuführen. Dadurch werden die spezifischen Eigenheiten und Charakteristika der untersuchten Hebe-oder Transportvorrichtung abgebildet. Beispielsweise hängt der Reibungswiderstand innerhalb eines Untersetzungsgetriebes von der Qualität der Verzahnung ab. Wenn also eine Hebevorrichtung sehr fein bearbeitete (geschliffene) Verzahnungen aufweist, ist die Reibung in dem Untersetzungsgetriebe geringer als bei einem Untersetzungsgetriebe mit gefrästen Zahnrädern. Diese Besonderheiten werden bei der Ermittlung des Leistungsfaktors in Abhängigkeit der an der Hebevorrichtung angehängten Lasten berücksichtigt bzw. in den daraus erstellten Kennlinien oder Tabellen abgebildet.
Entsprechendes gilt auch für die Temperaturen, insbesondere der Statorwicklung, aber auch der Umgebungstemperatur. Bei manchen dieser Größen, wie z.B. der Luftfeuchtigkeit, ist es auch möglich, lediglich einen Grenzwert vorzusehen, sodass zwischen trockener Luft und feuchter Luft unterschieden wird. Eine detailliertere Unterscheidung der Luftfeuchtigkeit ist in vielen Fällen nicht erforderlich.
Optional kann die Messeinrichtung 13 darüber hinaus weitere Größen, wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur Tamb, die Luftfeuchtigkeit, die Netzfrequenz Nfq und anderes mehr erfassen. Dabei hat es sich als ausreichend erwiesen, wenn von jedem Parameter die Extremwerte (Maximalwert und Minimalwert) erfasst werden. Zusätzlich kann auch der zeitliche Mittelwert gebildet und abgespeichert werden.
Es werden dann zum Beispiel folgende Werte-Tripel abgespeichert:

Umgebungstemperatur Tamb [°C]: (T_amb;max, T_amb;min, T_amb;mittel)
Temperatur des Elektromotors (2) T_Motor [°C]: (T_Motor,max, T_Motor;min, T_Motor;mittel)
Luftfeuchtigkeit f [g/m³]: (f_max, f_min, f_mittel)
Netzfrequenz Nf [Hz]: (Nf_max, Nf_min, Nf_mittel)

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Hebevorrichtung zum Absenken und Heben einer Last und eine Transportvorrichtung Absenken, wobei die Hebe- oder Transportvorrichtung einen Elektromotor und eine Messeinrichtung umfasst, wobei der Elektromotor zum Heben und Absenken einer Last oder zum antrieb der Transportvorrichtung eingesetzt wird, dadurch gelöst, dass die Messeinrichtung mindestens die zur Bestimmung des Leistungsfaktors des Elektromotors erforderlichen Größen erfasst, und dass die von der Messeinrichtung erfassten Größen zusammen mit den zugehörigen Zeitdauern in einer Speichereinrichtung abgespeichert werden.
Die Auswertung der von der Messeinrichtung erfassten Daten kann innerhalb der Hebe- oder Transportvorrichtung, und/oder außerhalb der Hebevorrichtung, beispielsweise auf einem Server des Herstellers der Hebevorrichtung, vorgenommen werden.
Dazu ist es erforderlich, die in der Speichereinrichtung abgespeicherten Daten auszulesen. Das kann beispielsweise über eine drahtlose Schnittstelle, der Near Field Communication (NFC) erfolgen. Diese Datenübertragung kann mittels eines Mobiltelefons oder einer speziell dafür hergestellten Auslesevorrichtung erfolgen. Diese Auslesevorrichtung bzw. das Mobiltelefon kann die Daten an eine Auswerteeinheit übertagen, die beispielsweise auf dem Server des Herstellers installiert ist. Dort erfolgt die Auswertung erfolgen. Infolgedessen können die jährliche Abnutzung bzw. die Abnutzung innerhalb des zurückliegenden Betriebszeitraums ermittelt werden.
Von der Lebensdauer werden die jährlichen Abnutzungen S_i abgezogen und daraus die Restlebensdauer berechnet. Wenn die Restlebensdauer als 10% der ursprünglichen Lebensdauer ist, muss die Hebevorrichtung außer Betrieb genommen werden.
Es ist auch möglich, dass die Auswertung der von der Messeinrichtung erfassten Daten mindestens teilweise und in Echtzeit in der Hebevorrichtung erfolgt. Das ist z.B. dann vorteilhaft, wenn eine Überlast erkannt werden soll. Es ist auch möglich, dass die Auswertung der Daten sowohl in der Vorrichtung selbst als auch außerhalb der Vorrichtung erfolgt.
Erfindungsgemäß wird die während des Betriebs erfolgte Abnutzung S_i [h] wie folgt berechnet: $S_{i} = K_{m i 100 %} + K_{m i 75 %} + K_{m i 50 %} + K_{m i 25 %}$
Mit:

K_mi,100% [h]: Abnutzung, die auf Belastungen der Belastungsstufe 100% zurückgeht.
K_mi,75% [h]: Abnutzung, die auf die Belastungen der Belastungsstufe 75% zurückgeht.
K_mi,50% [h]: Abnutzung, die auf die Belastungen der Belastungsstufe 50% zurückgeht.
K_mi,25% [h]: Abnutzung, die auf die Belastungen der Belastungsstufe 25% zurückgeht.

Um Unklarheiten zu vermeiden, sei der Hinweis erlaubt, dass die dimensionsbehaftete Abnutzung/Verringerung der Lebensdauer K_mi [h] in den verschiedenen Belastungsstufen nicht mit dem dimensionslosen Faktor k_mi gemäß der FEM 9.511 (siehe Seite 2, „Abnutzung“) gleichzusetzen ist.
Die Beiträge K_mi des Betriebs der Hebe- oder Transportvorrichtung in den verschiedenen Belastungsstufen wird auf Basis der Belastungsdauern in den verschiedenen Belastungsstufen gemäß folgender Gleichung errechnet: $K_{mi,100%} = g_{100 %} \times ({Belastungsdauer D}_{up,100%} + {Belastungsdauer D}_{dn,100%})$
$K_{mi,75%} = g_{75 %} \times ({Belastungsdauer D}_{up,75%} + {Belastungsdauer D}_{dn,75%})$
$K_{mi,50%} = g_{50 %} \times ({Belastungsdauer D}_{up,50%} + {Belastungsdauer D}_{dn,50%})$
$K_{mi,25%} = g_{25 %} \times ({Belastungsdauer D}_{up,25%} + {Belastungsdauer D}_{dn,25%})$
Mit:

g: (Dimensionsloser) Umrechnungsfaktor, der eine Belastungsdauer [h] in einer Belastungsstufe D in Vollast-Betriebsstunden [h] umwandelt.

_100%

_75%

_50%

_25%

Anders ausgedrückt: Durch den Umwandlungsfaktor „g“ wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der Betrieb mit einer geringen Belastung einen geringeren Beitrag zur Abnutzung leistet als der Betrieb mit hoher Belastung. Durch den Vergleich der Umwandlungsfaktoren g_100% und g_50% lässt sich das - wegen der „glatten“ Zahlen - besonders gut nachvollziehen.
Die Abnutzung in der Belastungsstufe 50% ist nur ein Achtel (0,125/1) des Verschleißes bei in der der Belastungsstufe 100% /(g_50% = 0,125); g_100% = 1,0)!
Die Werte der Umwandlungsfaktoren g für die verschiedenen Belastungsstufen können den entsprechenden technischen Regelwerken (FEM oder DIN ISO) entnommen werden. Sie können aber auch auf Basis eigener Untersuchungen ermittelt werden.
Die erfindungsgemäße Ermittlung der tatsächlichen Abnutzung wird weiter verbessert, wenn die Umgebungsbedingungen während des Betriebs erfasst und berücksichtigt werden.
Es handelt sich dabei bevorzugt um die Umgebungs-Temperatur Tamb, die Luftfeuchtigkeit f und die Netzfrequenz Nf des elektrischen Netzes.
Diese Einflüsse können erfindungsgemäß durch entsprechende Umwandlungs- oder Korrektur-Terme g_Tamb, g_f, und g_Nf berücksichtigt werden.
Wenn also eine Hebe-oder Transportvorrichtungen immer bei 20° Umgebungstemperatur und geringer oder mittlerer Luftfeuchte betrieben wurde, dann sind das bessere Umgebungsbedingungen als wenn die gleich Hebe-oder Transportvorrichtungen bei wechselnden und/oder ungünstigen Umgebungsbedingungen (z. B. -15°C im Winter und +35°C im Sommer und dazu noch häufig im Regen) betrieben wird.
Erfindungsgemäß können die dimensionslosen Umrechnungsfaktoren g der verschiedenen Belastungsstufen in Abhängigkeit der Korrektur-Terme g_Tamb, g_f, und g_Nf angepasst werden. Dabei werden nicht notwendigerweise die Umwandlungsfaktoren (z. B. g_100%, g_75%, g_50%, g_25%) mit den Korrektur-Termen g_Tamb, g_f, und g_Nf durch eine Multiplikation verknüpft; es können auch Zu- oder Abschläge bei den Umwandlungsfaktoren (z. B. g_100%, g_75%, g_50%, g_25%) vorgenommen werden.
Die Daten-Basis sowohl für die Umwandlungsfaktoren (z. B. g_100%, g_75%, g_50%, g_25%) als auch die Korrektur-Terme g_Tamb, g_f, und g_Nf wird vom Hersteller der Hebe-oder Transportvorrichtung zunächst durch Versuche und Erfahrungswerte sowie einschlägige technische Regelwerke bereitgestellt. Dies Datenbasis wird fortlaufend erweitert und vergrößert. Das geschieht, indem Korrelationen zwischen den regelmäßigen Wartungen von den im Feld befindlichen der Hebe-oder Transportvorrichtungen ausgelesenen Werte aus der Tabelle der Belastungsdauern und den bei der Wartung entdeckten Verschleißerscheinungen und/oder Defekten hergestellt werden. Dadurch wird die erfindungsgemäße Ermittlung der Abnutzung in Abhängigkeit der tatsächlichen Belastungen immer weiter verbessert und zunehmend genauer. Das ist ganz besonders vorteilhaft, weil die Datenerhebung neben der eigentlichen Wartung fortlaufend erfolgt.
Daher werden in bevorzugter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens Umwandlungsfaktoren (z. B. g_100%, g_75%, g_50%, g_25%) in Abhängigkeit der Korrektur-Terme g_Tamb, g_f, und g_Nf angepasst.
D. h.: g_100%, g_75%, g_50%, g_25% = f (g_Tamb, g_f, und/oder g_Nf)
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen illustriert und näher beschrieben. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Figurenliste
Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung,
2: den Zusammenhang zwischen Belastung und Leistungsfaktor in Tabellenform;
3: Kennlinien des Zusammenhangs zwischen Belastung und Leistungsfaktor;
4: die exemplarische Darstellung eines Hubvorgangs und eines Absenkvorgangs;
5: eine erfindungsgemäße Tabelle der Belastungsdauern;
6: ein Hubvorgang mit höherer zeitlicher Auflösung;
7: eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung mit externer Auswerteeinrichtung;
8: eine schematische Darstellung einer Hebevorrichtung mit interner und externer Auswerteeinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 ist eine schematische und teilweise geschnittene Ansicht einer bereits weitestgehend aus der EP 1 184 329 A2 bekannte Hebevorrichtung 1 dargestellt. Bei dieser Hebevorrichtung 1 kann das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden. Die in 1 dargestellte Hebevorrichtung 1 umfasst einen teilweise geschnitten dargestellten Elektromotor 2 mit einer Welle 3, der dazu eingerichtet ist, eine Wickeltrommel 4 zu drehen. In 1 sind die Welle 3 und die Wickeltrommel 4 direkt miteinander gekoppelt. In den meisten Fällen ist zwischen der Welle 3 des Elektromotors 2 und der Wickeltrommel 4 ein Untersetzungsgetriebe (nicht dargestellt) angeordnet.
Auf der Wickeltrommel 4 ist ein Hebezeug 5 (z. B. Seil oder Kette) aufgewickelt. An dem Hebezeug 5 ist ein Hebehaken 6 angeordnet. Je nach Drehrichtung des Elektromotors 2 und der Wickeltrommel 4 wird das Hebezeug 5 auf die Wickeltrommel 4 aufgewickelt oder von der Wickeltrommel 4 abgewickelt. Dementsprechend wird eine an dem Hebehaken 6 hängende Last 7 gehoben oder abgesenkt.
Der Elektromotor 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Asynchron-Motor, insbesondere ein Käfigläufer-Motor, der an ein Drehstrom-Netz mit den Phasenleitern L₁, L₂ und L₃ angeschlossen ist. Je nach Wicklung des Rotors 11 und deren Schaltung kann der Elektromotor 2 zwei oder mehr Betriebsdrehzahlen haben. Über die Betriebsdrehzahlen können die Hub- bzw. Senkgeschwindigkeit gesteuert werden. Vor allem bei kleineren Hebevorrichtungen kann anstelle des Drehstrommotors auch ein Wechselstrom-Motor, wie zum Beispiel ein Einphasen-Reihenschlussmotor, ein Kondensator-Motor oder ein Spaltpolmotor, zum Einsatz kommen.
Der Elektromotor 2 umfasst ein Gehäuse 8, einen Stator 9, eine Statorwicklung 10 und einen Rotor 11. Zwischen dem Stator 9 und dem Rotor 11 befindet sich ein Luftspalt 12. Der Elektromotor 2 ist über drei Phasenleiter L1, L2 und L3 mit einer Stromquelle, d.h. mit dem elektrischen Netz, verbunden.
Eine Messeinrichtung 13 erfasst unter anderem den Strom I und die (Versorgungs-)Spannung U des Elektromotors 2. Aufgrund der eventuell auftretenden Asymmetrie des Stromnetzes werden bevorzugt von allen drei Phasenleitern L1, L2 und L3 Strom I (t) und Spannung U (t) erfasst. mindestens aber werden Ströme und Spannungen in zwei der drei Phasenleiter gemessen.
Die Messung von Strom I (t) und Spannung U (t) erfolgt erfindungsgemäß so, dass auf Basis dieser Messwerte der Leistungsfaktor λ des Elektromotors 2 bestimmt werden kann.
Optional kann die Messeinrichtung 13 darüber hinaus weitere Größen, wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur Tamb, die Luftfeuchtigkeit, die Netzfrequenz Nfq und anderes mehr erfassen.
Die von der Messeinrichtung 13 erfassten Größen (Strom, Spannung, Temperatur, ...) werden in einer Speichereinrichtung 15 abgelegt. Die Messeinrichtung 13 und die Speichereinrichtung 15 können auch in einer Einheit zusammengefasst werden.
Darüber hinaus sind eine (externe) Auswerteeinrichtung 18 und eine interne Auswerteeinrichtung 19 vorgesehen, welche, basierend auf den von der Messeinrichtung 13 und dem optionalen Messglied 16 bzw. den im der Speichereinheit 15 abgelegten Daten, verarbeitet.
Die Auswerteeinrichtungen 18, 19 können aus diesen Daten zum Beispiel die jährliche Abnutzung S_i bzw. die Restnutzungsdauer der Hebevorrichtung ermitteln. Die in der Speichereinheit 15 abgespeicherten Größen können beispielsweise im Rahmen einer Wartung/Inspektion oder in regelmäßigen Abständen ausgelesen und an die externe Auswerteeinrichtung 18 übertragen und dort ausgewertet werden. Dazu muss die externe Auswerteeinrichtung 18 nicht in die Hebevorrichtung 1 integriert sein; sie kann vielmehr auf einem Server des Herstellers der Hebevorrichtung 1 installiert sein. Bei der Wartung werden dann die in der Speichereinheit 15 abgespeicherten Daten ausgelesen, an die Auswerteeinrichtung 18 übertragen und ausgewertet.
Zusätzlich zu der externen Auswerteeinrichtung 18 ist in der Regel noch eine interne Auswerteeinrichtung 19 vorhanden, die in die Hebevorrichtung 1 integriert ist.
Die interne Auswerteeinrichtung 19 und die externe Auswerteeinrichtung 18 können entweder alle erfindungsgemäßen Funktionalitäten oder nur Teile davon aufweisen. Es kann auch von Vorteil sein, wenn manche Funktionen nur in der interne Auswerteeinrichtung 19 realisiert werden, wie zum Beispiel das Erkennen einer unzulässig großen Belastung der Hebevorrichtung (Überlastschutz). entweder alle erfindungsgemäßen Funktionalitäten oder nur Teile davon aufweisen. Bei anderen Funktionen kann es vorteilhaft oder ausreichend sein, wenn sie nur in der externen Auswerteeinrichtung 18 realisiert werden. Zum Beispiel die Ermittlung der Restlebensdauer.
Außerdem kann ein sogenannter „Umweltsensor 20 vorhanden sein, der die wichtigsten Umgebungsparameter, ermittelt, die Einfluss auf die Abnutzung haben. Er kann folgende Parameter erfassen:

Temperatur (Umgebungstemperatur und/oder Wicklungstemperatur des Elektromotors.
Luftfeuchtigkeit, und/oder
Netzfrequenz in einem oder mehreren der Phasenleiter

Die 2 zeigt eine Tabelle, die exemplarisch den Zusammenhang zwischen dem Leistungsfaktor λ eines Phasenleiters des Elektromotors 2 einer Hebevorrichtung 1 und der Last dargestellt. Für die beiden anderen Phasenleiter eines Drehstrommotors werden die Werte des Leistungsfaktor λ in weitere (in der 2 nicht vorhandene) Spalten der Tabelle 1 eingetragen. Die Tabelle 1 verdeutlicht auch, dass mit dem Wert des Leistungsfaktors λ nicht nur die angehängte Last, sondern auch die Bewegungsrichtung (Heben oder absenken) eindeutig bestimmt ist.
Für jeden Typ einer Hebevorrichtung 1 oder einer Transportvorrichtung müssen entsprechende Messungen durchgeführt werden.
In der 3 ist der Zusammenhang zwischen dem Leistungsfaktor λ den Phasenleitern L₁, L₁, L₃, des Elektromotors 2 einer Hebevorrichtung 1 und der Last in Form von Kennlinien 21, 22 und 23 dargestellt. Die Stützstellen dieser Kennlinien 21, 22, und 23 wurden bei Messungen ermittelt.
Für jeden Typ einer Hebe- oder Transportvorrichtung 1 müssen entsprechende Messungen durchgeführt werden. Die Tabelle 1 (2) und die Kennlinien 21, 22 und 23 (3) sind in ihrem Informationsgehalt gleichwertig.
Anhand der in Tabelle 1 eingetragenen Werte, aber auch der in 3 dargestellten Kennlinien kann man gut erkennen, dass der Leistungsfaktor nicht nur eine Information über die angehängte Last enthält, sondern dass man auch erkennen kann, ob die Last gehoben oder gesenkt wird. Zum Beispiel ist der Leistungsfaktor λ in der Tabelle 1 (2) gleich 0,36, wenn eine Last von 375 kg gehoben wird. Wenn eine Last von 375 kg abgesenkt wird, ist der Leistungsfaktor λ gleich 0,13.
Am besten ist es, wenn für jeden Phasenleiter L₁, L₂ und L₃ die Leistungsfaktoren λ in Abhängigkeit der Last ermittelt werden. Die Messwerte der Phasenleiter werden jeweils in eine Spalte der Tabelle eingetragen. Manchmal genügt auch die Messung von zwei Phasenleitern oder sogar nur einem Phasenleiter L. In einer vereinfachten Ausführung werden die Werte ein und derselben Tabelle für alle drei Phasenleiter verwandt.
Jede erfindungsgemäße Hebevorrichtung 1 wird nach dem Zusammenbau einem Probelauf mit verschiedenen Lasten unterzogen. Im Zuge dessen können - ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand - für jede Hebevorrichtung 1 die erforderlichen Messwerte erfasst werden, welche beispielhaft in der oben dargestellten Tabelle eingetragen sind.
Aus diesen Messwerten können aber auch Kennlinien 21, 22, 23 gemäß der 2 zum Beispiel durch Interpolation berechnet werden. Die Stützstellen der Kennlinien 21 bis 23 der 2 stammen nicht aus der Tabelle 1 (2).
Wenn für jede Hebevorrichtung 1 die Tabellenwerte bzw. die Kennlinien 21, 22, 23 einzeln erfasst und abgespeichert werden, dann kann aus dem Leistungsfaktor λ die Belastung der Hebevorrichtung 1 sehr genau bestimmt werden, weil die Messfehler der Messeinrichtung 13, 16 sowie die Serienstreuung des Elektromotors 2 und der übrigen Komponenten der Hebevorrichtung 1 in den Tabellenwerten bzw. den Kennlinien 21, 22, 23 berücksichtigt werden.
Bei diesem Beispiel sind die Stützstellen der Kennlinien 21 bis 23 relativ eng, nämlich etwa im Abstand von 125 kg gewählt. Die Kennlinien 21 bis 23 sind annähernd linear. Daher wäre es auch möglich, weniger Stützstellen für die Kennlinien zu verwenden oder im Extremfall nur zwei Stützstellen, nämlich einmal beim Absenken einer großen oder mittleren Last, wie beispielsweise 500 kg und das andere Mal beim Anheben der gleichen Last zu erfassen und die Zwischenwerte durch eine (lineare) Interpretation anzunähern.
In der 3 ist etwa in der Mitte der X-Achse die Last von 0 kg eingetragen. Rechts und links dieser Mitte sind die mit dem Vorzeichen „+“ gekennzeichneten Werte des Leistungsfaktors λ für das Anheben einer Last von beispielsweise 125, 250, oder 375 kg angegeben. Mit dem Vorzeichen „-“ sind in der linken Hälfte der 2 die entsprechenden Leistungsfaktors λ beim Absenken einer Last angegeben.
Wie sich aus der 3 ergibt, wird der Leistungsfaktor λ mit zunehmender Last größer. Wenn man unterstellt, dass die zulässige Höchstlast der Hebevorrichtung 1 500 kg beträgt, dann entspricht dies einem Leistungsfaktor λ in dem Phasenleiter L₁ von 0,49.
Im Umkehrschluss ergibt sich daraus, dass ein während des Betriebs der Hebevorrichtung 1 ermittelter Leistungsfaktor λ in dem Phasenleiter L₁ größer 0,49 auf eine unzulässig große Last der Hebevorrichtung 1 hinweist. Anders ausgedrückt: sie wird überlastet.
Der Leistungsfaktor λ wird während des Betriebs der Hebevorrichtung 1 in Echtzeit von der internen Auswerteeinheit 19 ermittelt. Das hat den Vorteil, dass eine unzulässig hohe Last sofort erkannt und erfindungsgemäß die Stromversorgung des Elektromotors 2 unterbrochen wird. Weil die Ermittlung des Leistungsfaktors λ in Echtzeit geschieht, wird ein Anheben der unzulässig großen Last verhindert. In Folge dessen kommt es nicht zu einer Überlastung der Hebevorrichtung 1. Ein mechanischer Überlastschutz (Rutschkupplung) kann ersatzlos entfallen.
Wenn die Leistungsfaktoren von zwei der drei Phasenleiter eine große Abweichung von einander aufweisen, ist dies ein Indiz für eine Fehlfunktion oder der Hebevorrichtung. In Folge dessen kann Diese Information kann in Form eines akustischen und/oder optischen Signals dem Bediener der Hebevorrichtung 1 oder eine Transportvorrichtung zur Kenntnis gebracht werden.
In der 4 ist ein Lastspiel, d.h. das Anheben einer Last und das anschließende Absenken einer Last, exemplarisch dargestellt. In dem oberen Diagramm ist auf der x-Achse die Zeit t aufgetragen, während auf der Ordinate die Hubhöhe H aufgetragen ist. Das Lastspiel beginnt bei t = ti, da zu diesem Zeitpunkt der Hub einer Last beginnt. Der Hubvorgang endet zum Zeitpunkt t = t 2. Die Dauer des Hubvorgangs ist in der 3 mit T_up angegeben (T_up = t₂ - ti).
Die angehobene Last bleibt auf der Hubhöhe bis zum Zeitpunkt t = t₃. Anschließend wird die Last wieder abgesenkt. Bis sie zum Zeitpunkt t = t₄ wieder an dem Ausgangspunkt angekommen ist. Die Dauer des Absenkvorgangs ist in der 3 mit T_dn angegeben (Tdn = t₄ - t₃).
Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die abgesenkte Last zum Zeitpunkt t = 4 auf der gleichen Höhe wie zum Beginn des Hubvorgangs. Das ist jedoch nicht immer so. Beispielsweise ist es möglich, dass mit dem Hubvorgang eine Last einen Meter angehoben wird und beim anschließenden Absenkvorgang nur um einen halben Meter abgesenkt. Dann ist der Absenkvorgang kürzer als das Anheben der Last ((T_up > T_dn. Auch der umgekehrte Fall kann eintreten.
Im Normalfall ist die Last L während des gesamten Lastspiels (Heben und Absenken) gleich. Dies bedeutet, dass eine Last L, die an der Hebevorrichtung 1 während des Lastspiels hängt, von t = t₁ bis t = t₄ unverändert bleibt. Dieser Fall ist in dem unteren Teil der 4 dargestellt.
Allerdings kann die Last beim Anheben und beim Absenken auch verschieden sein. Wenn beispielsweise nach erfolgtem Anheben der Last, ein Teil oder die gesamte Last abgeladen wird und anschließend eine leere Palette oder dergleichen abgesenkt wird. Bei eine, Bühnenpodest kann zum Beispiel bei dem Hubvorgang ein Schauspieler auf dem Bühnenpodest stehen. Wenn der Schauspieler das Bühnenpodest noch während des Hubvorgangs oder zumindest vor dem Absenken des Bühnenpodests verlässt, dann ändert sich die Belastung des Bühnenpodests (der Hebevorrichtung 1)
Für das erfindungsgemäße Verfahren bedeutet dies, dass für eine genaue Erfassung der Belastungsdauern in den verschiedenen Belastungsstufen die Dauer und die Belastung mit hoher zeitlicher Auflösung erfasst und abgespeichert werden sollte. Im Idealfall beträgt die zeitliche Auflösung 1 Sekunde oder weniger.
Die für die Abnutzung S einer Hebe- oder Transportvorrichtung relevante Größe ergibt sich demnach aus dem Produkt aus der Belastung und der Dauer der Belastung. Am Beispiel der 4 ergibt sich die Belastung der Hebevorrichtung während des in 4 dargestellten Beispiels aus der Belastung der Hebevorrichtung und der Dauer T_up des Hebevorgangs. Dementsprechend ergibt sich die Belastung der Hebevorrichtung beim Absenken aus der Belastung der Hebevorrichtung und der Dauer T_dn Absenkvorgangs. Für Transportvorrichtungen gilt sinngemäß das Gleiche.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, die Belastungsdauern in einer saldierten /bzw. kumulierten Form abzuspeichern. Dadurch wird das Datenvolumen reduziert, ohne dass die Daten an Aussagekraft für das erfindungsgemäße Verfahren einbüßen. Wie die kumulierten Belastungsdauern ermittelt werden, wird nachfolgend anhand der 5 und 6 erläutert.
Anhand der in 5 dargestellten Tabelle der Belastungsdauern wird beispielhaft erläutert, wie die während der gesamten Lebensdauer aufgetretenen verschiedenen Belastungen einer Hebevorrichtung abgespeichert wird.
Durch das Auslesen der Tabelle zu einem bestimmten Zeitpunkt Tn kann die bis zu diesem Tag erfolgte Abnutzung S_n ermittelt werden. Wenn man diese Abnutzung mit einer zu einem früheren Zeitpunkt T_n-1 ermittelten Abnutzung S_n-1 vergleicht, dann ergibt sich die in dem Zeitintervall T_n - T_n-1 erfolgte Abnutzung.
Dabei ist in der ersten Spalte die Belastung einer Hebe- oder Transportvorrichtung als relative Größe in Prozenten angegeben. 100% entsprechen der maximal zulässigen Belastung. Bei einer Hebevorrichtung 1 ist die Belastung gleich der angehängten Last. Bei einer Transportvorrichtung ist die Belastung gleich der Kraft, welche die Transportvorrichtung während des Bewegungsvorgangs aufbringen muss; es kann sich dabei um eine Schub- oder Zugkraft handeln.
Um eine besonders „detaillierte“ Erfassung der Belastungen der Hebevorrichtungen zu ermöglichen, sind in der Tabelle der Belastungsdauern hundert (100) Belastungsstufen mit einer Schrittweite von einem Prozent vorgesehen. In der zweiten Spalte sind die zu den entsprechenden Lasten/Belastungen der Hebevorrichtung zugehörigen Dauern der Hebevorgänge eingetragen. In der dritten Spalte sind die zu dieser Last gehörenden Dauern der Absenkvorgänge eingetragen. Um die Tabelle in der 5 nicht zu groß werden zu lassen, ist nicht für jeden einzelnen Belastungszustand eine Zeile vorgesehen. Es sind vielmehr nur für die exemplarisch, beispielsweise für die Belastungen 1%, 2%, 3%, 40%, 41%, 66% und einige mehr, fiktive Werte für die Dauern der Hebevorgänge und der Absenkvorgänge eingetragen.
Wenn also beispielsweise bei der Belastung von 1% die Dauer der Hebevorgänge von 58 Minuten eingetragen ist, bedeutet dies in Summe, d.h. beispielsweise während eines zwischen zwei Wartungen der Hebevorrichtung 1 die Hebevorrichtung 58 Minuten lang Lasten gehoben hat, deren Gewicht 1% der zulässigen Höchstlast der Hebevorrichtung entspricht; die Belastungsdauer D1,Up = 58 Minuten. Dabei kann sich diese Belastungsdauer aus einer Vielzahl von kürzeren oder längeren Belastungen zusammensetzen.
Anders ausgedrückt: Die Belastungsdauer D1Up enthält keine Information darüber, wie oft die Hebevorrichtung 1 in dieser oder einer anderen Belastungsstufe betrieben wurde; auch der Zeitpunkt zu dem die Belastung erfolgt ist, wird nicht abgespeichert. Das ist auch nicht erforderlich, weil es für die Ermittlung der Abnutzung S nicht erforderlich ist, zu wissen, wann genau die Hebevorrichtung der Belastung ausgesetzt war; die kumulierte nach Belastungen gestaffelte Dauer der Belastungen ist von Bedeutung und diese werden in den Zeilen der Tabelle 3 abgespeichert.
In entsprechender Weise lag die Belastung von 2% nur 36 Minuten bei den Hebevorgängen; D2,Up = 36 Minuten. Für jede der (in diesem Beispiel hundert Belastungsstufen) wird die entsprechende Belastungsdauer BS in der Tabelle 3 eingetragen. Die dazu erforderlichen Messwerte (Belastung und Dauer) ermittelt die Messeinrichtung 13.
Entsprechende Werte werden auch für die Absenkvorgänge ermittelt und in der dritten Spalte der Tabelle 3 eingetragen.
Wenn in Schritten von 1% für jede Belastung, beginnend bei 1% und endend bei 100% (entsprechend 100 Belastungsstufen), die Dauer der Hebevorgänge und der Absenkvorgänge eingetragen wird, ergibt sich ein sehr genaues und differenziertes Bild der Belastungen der Hebevorrichtung.
Die Unterteilung der Tabelle in 100 Belastungsstufen ist lediglich beispielhaft. Es können auch 50 Belastungsstufen vorgesehen sein. Die Belastungsstufe D1 umfasst dann alle Belastungen zwischen 0 und 2%. Die Belastungsstufe D2 umfasst dann alle Belastungen größer 2% und 4%....
Wie bereits erwähnt, ist das Datenvolumen relativ klein; es hängt nicht von der Zahl der Hebe- und Absenkvorgänge ab. Daher ist es ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand möglich, die tatsächlichen Belastungen in einer Tabelle mit vielen Belastungsstufen abzuspeichern.
Weil, wie im Zusammenhang mit der 5 erwähnt, die Hebevorgänge und die Absenkvorgänge nicht gleich lang dauern müssen, ist es eher die Regel als die Ausnahme, dass die Dauer der Hebevorgänge bei einer bestimmten Belastung nicht gleich der Dauer der Absenkvorgänge bei der gleichen Last ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei 1% (Belastungsstufe D1) die Dauer der Hebevorgänge gleich 58 Minuten, während die Dauer der Absenkvorgänge nur 57 Minuten beträgt. Dies kann aus unterschiedlichen Hübe beim Hebevorgang bzw. beim Absenkvorgang resultieren und/oder aus unterschiedlichen Geschwindigkeiten beim Anheben und beim Absenken der Lasten.
In entsprechender Weise werden die verschiedenen Belastungsdauern, denen die Hebevorrichtung ausgesetzt ist, in den entsprechenden Zeilen der Tabelle der Belastungsdauern (5) eingetragen. Nach jedem Hebevorgang und nach jedem Absenkvorgang wird in der zugehörigen Zelle der Wert der Belastungsdauer dementsprechend erhöht.
Wenn das einschlägige Regelwerk zur Berechnung der Abnutzung S weniger als 100 Belastungsstufen vorsieht, dann können (auch nachträglich) die Belastungsdauern mehreren Belastungsstufen zu einer neuen Belastungsdauer aggregiert werden. Zum Beispiel können auch 50 Belastungsstufen vorgesehen sein. Die Belastungsstufe D1 umfasst dann alle Belastungen zwischen 0 und 2%. Die Belastungsstufe D2 umfasst dann alle Belastungen größer 2% und 4%....
Wenn zum Beispiel das Regelwerk nur vier Belastungsstufen (BS1 =0 bis 25%; BS2 =26 bis 50%; BS3 =51 bis 75% und BS4 =76 bis 100%) vorsieht bzw. erfordert, dann werden die Belastungsdauern der Belastungsstufen 1 bis 25 in der Tabelle 3 addiert und ergeben die neue Belastungsdauer der Belastungsstufe BS1 (mit insgesamt nur vier Belastungsstufen) bei der Ermittlung der Abnutzung S.
Entsprechend werden die Belastungsdauern der Belastungsstufen 26 bis 50 in der Tabelle 3 addiert und ergeben die neue Belastungsdauer der Belastungsstufe 2. Das gleiche gilt für die Belastungsstufen 3 und 4.
D. h. die Zahl der Belastungsstufen kann nachträglich verringert werden. Eine nachträgliche Erhöhung ist nicht ohne Einbußen an der Genauigkeit der Belastungsdauern möglich. Daher ist man tendenziell bestrebt, die Zahl der Belastungsstufen groß zu wählen.
Wie bereits erwähnt, kann sich die Last L und damit auch die Belastung der Hebevorrichtung während eines Hebevorgangs ändern. Eine solche Situation ist beispielhaft in der 6 dargestellt. Hier wird ein Hebevorgang mit einer Dauer T_up von 8 Sekunden exemplarisch dargestellt. In diesem Beispiel beträgt die Belastung zu Beginn des Hebevorgangs 40% der Nennlast. Zum Zeitpunkt t = 3s verändert sich die springt die Last von 40% auf 80% und bleibt dann konstant bis zum Ende des Hubvorgangs zum Zeitpunkt t = 8 Sekunden.
Für die Tabelle der Belastungsdauern (5) bedeutet dies, dass nach dem Hebevorgang in der ersten Spalte der Belastungsstufe 40 der Wert der Belastungsdauer um 3 s erhöht wird und in der ersten Spalte der Belastungsstufe 80 der Wert der Belastungsdauer um 5 s erhöht wird. Dieses Beispiel verdeutlicht einerseits die Kumulation der Belastungsdauern und andererseits, wie präzise die Tabelle der Belastungsdauern die tatsächlichen Belastungen abbildet, trotz des geringen Datenvolumens
Erfindungsgemäß wird die Belastung bevorzugt mit einer zeitlichen Auflösung von beispielsweise 0,5 Sekunden erfasst. Dadurch ist es möglich, die tatsächliche Belastung der Hebevorrichtung 1 in einer noch nie dagewesenen Genauigkeit zu erfassen
Die Tabelle der Belastungsdauern wird in der Speichereinheit 15 abgespeichert und während des Betriebs der Hebevorrichtung 1 fortlaufend ergänzt/aktualisiert., Wenn eine Hebevorrichtung 1 beispielsweise nach Ablauf eines Jahres zu einer Wartung gebracht wird, dann werden bei dieser Gelegenheit die Werte der Tabelle der Belastungsdauern ausgelesen, und in einer externen Auswerteeinheit 18 weiterverarbeitet.
In der 7 ist eine erste Möglichkeit der Auswertung der von der Messeinrichtung 13 erfassten Daten dargestellt. Dabei werden die Daten während des Betriebs in der Hebevorrichtung 1 abgespeichert. Immer dann wenn die Hebevorrichtung 1 zu einer Wartung in eine Werkstatt gebracht wird, werden die in dem vergangenen Wartungsintervall abgespeicherten Daten (Tabelle der Belastungsdauern) bevorzugt drahtlos mit Hilfe einer sogenannten Near Field Communication ausgelesen und auf ein Tablet oder ein mit einer geeigneten Software (App) ausgestattetes Mobiltelefon 25 übertragen. Das Tablet bzw. das Mobiltelefon 25 übertragen diese Daten über das Internet oder eine Telefonverbindung auf einen Server 27 des Herstellers der Hebevorrichtung 1. Dort befindet sich die externe Auswerteeinheit 18, welche die Rohdaten in erfindungsgemäßer Weise ausgewertet. Beispielswiese können eine jährliche Abnutzung S und eine Restnutzungsdauer ermittelt werden.
Sobald die Restnutzugsdauer kleiner ist als die zu erwartende die Abnutzung im nächsten Wartungsintervall, kann das Wartungsintervall entsprechend verkürzt werden.
Wenn beispielsweise die Restnutzungsdauer 50 Stunden beträgt und innerhalb eines Jahres mit 100 zusätzlichen Betriebsstunden zu rechnen ist, wird das Wartungsintervall in diesem Fall auf sechs Monate verkürzt. Dadurch wird die technische Lebensdauer der Hebevorrichtung 1 vollständig ausgenutzt.
In einer zweiten Ausführungsform, die in der 6 angedeutet ist, sind eine externe Auswerteeinrichtung 18 auf dem Server 27 und eine interne Auswerteeinrichtung 19 in die Hebevorrichtung 1 integriert, sodass die Auswertung auch in Echtzeit erfolgen kann. Die Abnutzung kann schon in der internen Auswerteeinrichtung 19 ermittelt und bei einer jährlichen Wartung/Inspektion direkt von dem den Servicetechniker ausgelesen werden.
Es ist auch möglich, eine Kombination beider Varianten vorzunehmen, sodass vor allem die für den Betrieb wichtigen Werte, wie die aktuelle Last im Vergleich zur maximal zulässigen Nennlast der Hebevorrichtung in der Hebevorrichtung direkt ermittelt werden. Dann kann in Echtzeit beim Auftreten einer unzulässig hohen Last die Stromzufuhr zu dem Elektromotor 2 unterbrochen werden.
Die Ermittlung der Abnutzung S einer Hebevorrichtung erfolgt bevorzugt auf dem Server 27 des Herstellers und wird auch dort dokumentiert.
Die Zeichnungen und die zugehörige Beschreibung dienen lediglich der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Konzepts.
Bezugszeichenliste

1: Hebevorrichtung
2: Elektromotor
3: Welle
4: Wickeltrommel
5: Hebezeug
6: Haken
7: Last
8: Gehäuse
9: Stator
10: Statorwicklung
11: Rotor
12: Luftspalt
L1, L2 und L3: Phasenleiter / Außenleiter
13: Messeinrichtung
15: Speichereinrichtung
14: Signalleitung
16: Messglied zur Messung des Widerstands der Statorwicklung
17: Signalleitung
18: externe Auswerteeinheit
19: interne Auswerteeinheit
20: Umweltsensor
21, 22, 23: Kennlinien der Phasenleiter
25: Mobiltelefon
27: Server

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19617105 A1 [0003]
EP 1184329 A2 [0003, 0080]

Claims

Verfahren zur indirekten Ermittlung einer Belastung einer Hebevorrichtung (1) oder einer Transportvorrichtung, wobei die Hebevorrichtung (1) einen Elektromotor (2) und eine Messeinrichtung (13) umfasst, wobei der Elektromotor (2) zum Heben und Absenken einer Last (7) oder zum Verfahren einer Transportvorrichtung eingesetzt wird, und wobei die Messeinrichtung (13) zur Erfassung elektrischer Größen (U, I, ..) des Elektromotors (2) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass aus den von der Messeinrichtung (13) erfassten elektrischen Größen ein Leistungsfaktors (λ_ist) des Elektromotors (2) ermittelt wird, und dass die Belastung der Hebe- oder Transportvorrichtung in Abhängigkeit des Leistungsfaktors (λ_ist) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauern während derer verschiedene Werte des Leistungsfaktors (λ_ist) ermittelt wurden aufsummiert und abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauern während derer verschiedene Belastungen der der Hebe- oder Transportvorrichtung ermittelt wurden aufsummiert und abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauern der Hebevorgänge (D_up) und der Absenkvorgänge (D_dn) für jede Belastung, bzw. für jede Belastungsstufe der Hebevorrichtung gesondert aufsummiert und abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauern der Vorwärtsbewegungen und der Rückwärtsbewegungen der Transportvorrichtung für jede Belastung, bzw. für jede Belastungsstufe der Hebevorrichtung gesondert aufsummiert und abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der Belastung und der Bewegungsrichtung der Last (7) einer Hebevorrichtung oder der Bewegungsrichtung einer Transportvorrichtung zu den Leistungsfaktoren (λ) des Elektromotors (2) in einer oder mehreren Kennlinien (21, 22, 23) oder in einer Tabelle hinterlegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines Schwellwerts (λ_S) des Leistungsfaktors (λ) eine unzulässig hohe Belastung der Hebe-oder Transportvorrichtung erkannt wird und ein akustisches und/oder optisches Alarmsignal ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines Schwellwerts (λ_S) des Leistungsfaktors (λ) das weitere Anheben der Last (7) verhindert wird und/oder nur das Absenken der unzulässig großen Last (7) möglich ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den aufsummierten Belastungsdauern der verschiedenen Belastungsstufen in eine Abnutzung S bei voller Belastung der Hebe- oder Transportvorrichtung umgerechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umrechnung der aufsummierten Belastungsdauern der verschiedenen Belastungsstufen in eine Abnutzung S bei voller Belastung der Hebe- oder Transportvorrichtung die Umgebungstemperatur (Tamb), die Luftfeuchtigkeit (f), die Temperatur (TStator) des Elektromotors (2) und/oder die Frequenz des elektrischen Netzes berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperatur (T_amb), die Luftfeuchtigkeit (f), die Temperatur (T_Stator) des Elektromotors (2) und/oder die Frequenz des elektrischen Netzes während des Betriebs bestimmt werden, und von jedem dieser Parameter ein Minimalwert, ein Maximalwert und /oder ein Mittelwert abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines Schwellwerts (T_Stator,S) der Temperatur (T_Stator) des Elektromotors (2) eine Bremseinrichtung aktiviert und/oder der Elektromotor (2) deaktiviert wird.
Hebevorrichtung (1) zum Heben und Absenken einer Last (7), wobei die Hebevorrichtung (1) einen Elektromotor (2) und eine Messeinrichtung (13) umfasst, wobei der Elektromotor (2) zum Heben und Absenken einer Last (7), die an einem Hebezeug (5) angebracht ist, eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (13) mindestens die zur Bestimmung eines Leistungsfaktors (λ) des Elektromotors (2) erforderlichen Größen (U, I, ...) erfasst, dass die von der Messeinrichtung (13) erfassten Größen in der Speichereinrichtung (15) abgespeichert werden.
Hebevorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Messglied (16) zur Erfassung der Temperatur (T_Stator) der Statorwicklung (10) aufweist, und dass die Ausgangswerte des Messglieds (16) in der Speichereinrichtung (15) abgespeichert werden.
Hebevorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Auswerteeinheit (18) aufweist, und dass die Auswerteeinheit (18) auf Basis der von der der Messeinrichtung (13) und/oder des Messglieds (16) erfassten Daten ein Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche durchführt.