DE19514050C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Belastungen von Hub- und Zugeinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Erfassen von Belastungen von Hub- und Zugeinrichtungen.

Krananlagen, Hebezeuge, Zuggeräte, Winden oder der­ gleichen Vorrichtungen haben eine vorgegebene Lebens­ dauer, die abhängig von der Belastung ist. Um diese Belastungen festzustellen, ist es bekannt, ein Hebe­ zeug-Tagebuch zu führen, in dem alle Hubbewegungen dokumentiert sind. Dafür muß eine Person abgestellt werden. Bei einer derartigen Registrierung der Bela­ stung ist es vom Gesetz vorgesehen, daß nach einer bestimmten Anzahl von Jahren eine Generalüberholung der Anlage durchgeführt werden muß, unabhängig davon, ob die vorgegebene Lebensdauer bzw. Nutzungsdauer abgelaufen ist oder nicht, da die Dokumentation nicht als Beweis für die wirklichen Belastungen gilt.

Darüber hinaus ist es bekannt, für Hub- und Zugein­ richtungen Betriebsstundenzähler und eine Überlastsi­ cherung vorzusehen, wobei weiterhin in der gleichen Weise, wie oben erwähnt, ein Tagebuch geführt wird. Bei einem solchen Verfahren wird es vom Gesetz vorge­ geben, daß nach einer bestimmten Anzahl von Jahren, die die oben angegebene Anzahl etwas übersteigt, eine Generalüberholung durchgeführt werden muß, auch wenn die Nutzungsdauer nicht abgelaufen ist.

Durch die vorgeschriebenen Generalüberholungen, unab­ hängig von der wirklichen Nutzungsdauer, entstehen ho­ he Kosten, wobei zusätzlich eine Person zum dokumen­ tieren der Belastungen notwendig ist.

Aus der DE 29 48 774 A1 ist eine Kraftmeßvorrichtung für Maschine mit Ausleger bekannt, insbesondere zur Überwa­ chung der Abkippung hiervon, die zwei Kraftmeßachsen mit Dehnungsmeßstreifen aufweist.

Die US 4 116 050 betrifft einen Lastmesser für Pres­ sen, der hauptsächlich die Aufgabe lösen soll, die Einstellung bzw. Kalibrierung der Vielzahl von Last­ sensoren zu vereinfachen, wobei genau die maximalen Lastwerte der einzelnen Lastsensoren und der maximale Wert der gesamten Lastsensoren gemessen und angezeigt werden sollen. Darüber hinaus liegt diesem Lastmesser die Aufgabe zugrunde, ein Überlastsignal auszugeben, wenn die Gesamtlast einen vorbestimmten Wert über­ schreitet.

Bei dem bekannten Lastmesser für Pressen und Stanzen sind eine Mehrzahl von Spannungsmessern oder -sensoren an unterschiedlichen Stellen angebracht und ihre Si­ gnale werden über unterschiedliche Kanäle einzeln aus­ gegeben und zusätzlich über einen Addierer addiert und in einem weiteren Kanal wird das addierte Signal aus­ gegeben. Die analogen Signale werden über einen A/D- Wandler in digitale Signale umgewandelt. In einem Speicher werden die digitalen Signale für den unbela­ steten Zustand gespeichert. Weiterhin ist ein zweiter Speicher vorgesehen, in dem für jeden Kanal der Maxi­ malwert eines Preßvorganges gespeichert wird. Nach Be­ enden eines Preßzyklus wird der Inhalt des ersten Speichers von dem Inhalt des zweiten Speichers subtra­ hiert, um den wahren Maximalwert zu erzielen. Bei Überlast während eines Zyklus wird ein Warnsignal ab­ gegeben.

Die Veröffentlichung "Begleitschutz für wertvolle Gü­ ter", Markt und Technik, Nr. 10, 9/3/79, S. 60/62 be­ trifft ein Transportstoß-Meßgerät zur Registrierung von Pegel und Zeitpunkt mechanischer Stöße während ei­ nes Transportes und es werden keine Belastungsdauern als Zeitabschnitte gemessen, sondern es werden Stöße aufgrund von Beschleunigungsänderungen registriert, die einer Uhrzeit zugeordnet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der Bela­ stungen von Hub- und Zugeinrichtungen zu schaffen, die eine automatische Registrierung der Belastungen ge­ stattet und eine Ausnutzung der gesamten vorgegebenen Lebensdauer ermöglicht und somit zur Senkung der Ko­ sten für die Hub- und Zugeinrichtungen beiträgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des auf ein Verfahren gerichteten Hauptanspruches und des nebengeordneten Vorrichtungsanspruches gelöst.

Dadurch, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung alle Belastungen nach ihrer Größe und ihrer Dauer erfaßt werden, wobei in vorgegebenen Lastbereichen die jeweiligen Zeitdau­ ern zu summieren sind, ist es möglich, einen Nachweis über die wirkliche Belastung und ihre Dauer zu erbrin­ gen, wobei mit den erfaßten Daten die maximale Nut­ zungsdauer bestimmt werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild der er­ findungsgemäßen Vorrichtung.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung, die als "Lastkollektivspeicher" bezeichnet werden kann, dient zur Messung und Speicherung von Belastungszuständen, beispielsweise einer Krananlage. Dazu wird die darge­ stellte Vorrichtung an der Krananlage befestigt und mit mindestens einem Kraftsensor 1 verbunden. Der Kraftsensor ist beispielsweise als Dehnungsmeßstrei­ fen-Sensor (DMS-Sensor) ausgebildet, wobei jedoch alle anderen zur Kraftmessung gebräuchlichen Sensoren verwendet werden können. Die DMS-Sensoren werden z. B. als Lastmeßbolzen in den Aufhängungen der Kranseile angebracht. Sie geben ein elektrisches Ausgangs­ signal, das der Kran-Hakenlast proportional ist.

Gemäß der Figur sind die Sensoren, die in Brücken­ schaltung angeordnet sind und zugeordnete Differenz­ verstärker aufweisen, mit einem A/D-Wandler 2 verbun­ den, der die gelieferten analogen Signale in Digital- Signale umwandelt und diese an einen Bus 3 liefert. Die Busleitung 3 ist mit einem Mikroprozessor 4, ei­ ner Uhr 5, einem EEPROM 6 als Langzeitspeicher, einem RAM 7 als Zwischenspeicher und einer Anzeigeeinheit 8 für die interessierenden Daten verbunden. Außerdem ist an den Mikroprozessor 4 eine Schnittstelle 9 an­ geschlossen, die direkt mit einer Überwachungseinheit 12 mit Alarmvorrichtung 10 verbunden ist. Weiterhin ist eine Schnittstellen 13 vorgesehen, über die ein Personalcomputer 11 zur Auswertung der Daten an­ schließbar ist. Eine als Taster ausgebildete Eingabe­ einheit 14, die mit dem Mikroprozessor verbunden ist, ermöglicht die Eingabe von notwendigen Steuersignalen und sonstigen Befehlen.

Zur Justierung der Anlage wird eine Grundmessung durchgeführt, bei der sich an dem Lasthaken der Kran­ anlage keine Last befindet. Der bei dieser Grundmes­ sung erfaßte Meßwert wird als Null-Wert übernommen, der bei allen weiteren Messungen berücksichtigt wird. Danach wird am Lasthaken eine Maximallast erzeugt, wobei der Meßwert als hundertprozentige Last im Mi­ kroprozessor 4 bzw. im RAM 7 gespeichert wird.

Entsprechend den Vorschriften ist der maximale Last­ bereich von 0 bis 100% in eine Mehrzahl von Lastbe­ reichen aufgeteilt, nämlich in Lastbereiche von 0 bis 10, 11 bis 20, 21 bis 40, 41 bis 60, 61 bis 80, 81 bis 100 und größer als 100, wobei die Angaben Pro­ zente sind. Die von den Sensoren 1 erfaßten und durch den A/D-Wandler 2 in Digital-Signale umgewandelten Meßwerte werden jeweils unter Berücksichtigung des Null-Wertes und des Maximalwertes von dem Mikropro­ zessor 4 in Prozenzangaben umgerechnet und entspre­ chend dieser Prozentangabe in einen der Lastbereiche klassifiziert. Gleichzeitig wird über die Uhr 5 die Dauer des jeweiligen, die Last der Krananlage ange­ benden Meßwertes bestimmt und die jeweilige Zeit wird im RAM 7 beispielsweise in Bruchteilen von Minuten unter den jeweiligen Lastbereichen abgelegt und ge­ speichert. Dabei können die den jeweiligen Meßwerten und entsprechenden Lastbereichen zugeordneten Zeitab­ schnitte separat gespeichert werden, oder die Zeit­ abschnitte können für die jeweiligen Lastbereiche aufsummiert werden. Wenn die den Meßwerten zugeord­ neten Zeitabschnitte einzeln gespeichert werden, wird nach einem vorbestimmten Zeitraum eine Summierung vorgenommen. Als Zeiträume, in denen die Zeitab­ schnitte summiert werden, ist eine Woche vorgesehen, und für jede Kalenderwoche wird von dem Mikroprozes­ sor unter Heranziehung der Daten der Uhr 5 mit Datum und der Daten aus dem RAM 7 ermittelt, wie lange der Kran in jedem der einzelnen oben angegebenen Lastbe­ reiche gearbeitet hat. Diese Werte werden in dem EEPROM 6 unter Zuordnung zu den jeweiligen Lastberei­ chen und der jeweiligen Kalenderwoche gespeichert.

Der zuverlässige Betrieb der erfindungsgemäßen Vor­ richtung kann durch eine Überwachungseinheit 12 ange­ zeigt werden, die eine von den übrigen Bauteilen ge­ trennte Stromversorgung aufweist und durch eine Da­ tenleitung mit der übrigen Schnittstelle 9 verbunden ist. Sollte die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ausfallen, so wird von der Überwachungseinheit 12 über die Alarmvorrichtung 10 ein Sirenenalarm ausge­ löst.

Für die Überwachung erzeugt der Mikroprozessor 4 re­ gelmäßig Taktsignale, die über die Schnittstelle 9 an die Überwachungseinheit 12 geliefert werden. Bleiben die Taktsignale aus, was beispielsweise bei Unterbre­ chung der Spannungsversorgung des Mikroprozessors 4 oder bei einem sonstigen Ausfall desselben auftreten kann, erkennt die Überwachungseinheit das Ausbleiben und steuert die Alarmvorrichtung 10 an.

Die aktuellen Meßwerte von jedem einzelnen Sensor 1 werden von der Anzeigeeinheit 8 angezeigt, die gleichzeitig auch die Kalenderwoche, die Uhrzeit mit Stunden, Minuten und Sekunden und das Datum anzeigen kann.

Wenn von dem Mikroprozessor 4 festgestellt wird, daß der Meßwert über 100%, d. h. über der Maximallast liegt, wird über die Schnittstelle 9 ein Signal an die Übertragungseinheit 12 ausgegeben, das die Alarmvorrichtung 10 aktiviert. Zusätzlich werden die Überlastungen mit Datum und Uhrzeit in dem EEPROM 6 gespeichert. Der Überlastzustand wird erst dann als beendet registrierte wenn die am Haken hängende Last unter 50% liegt.

Über die Schnittstelle 13 kann auch ein passender Computer 11 angeschlossen werden, der die in dem EE- PROM 6 gespeicherten Daten auslesen kann und ein Pro­ tokoll über die Belastungen in Form von Zeiten für die verschiedenen Lastbereiche und die unterschiedli­ chen Kalenderwochen drucken kann. Weiterhin können die Daten zur Berechnung der Kran-Lebensdauer verwen­ det werden, wobei das mathematische Verfahren für die Berechnung durch Vorschriften vorgegeben ist und über das Computerprogramm bestimmt werden kann.

Das Speichermedium in Form des EEPROMs 6 kann aber auch aus dem Gerät entnommen werden und als Dokument dienen bzw. in eine getrennte Auslesevorrichtung ein­ gesetzt werden, so daß ein Computer 11 nicht direkt an die Vorrichtung nach Fig. 1 angeschlossen werden muß.

Bei der obigen Beschreibung wurde beispielhaft auf eine Krananlage Bezug genommen, selbstverständlich kann die Belastung von jedem anderen Hub- und Zugge­ rät u. dgl. festgestellt werden.

Anstelle des EEPROMs 6 kann jeder andere nicht flüch­ tige Speicher verwendet werden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Erfassen der Belastungen von Hub- und Zugeinrichtungen, bei dem die jeweiligen auf die Hub- und Zugeinrichtungen wirkenden Kräfte sowie deren Dauer als Zeitabschnitte gemessen werden, die gemessenen Kräfte vorgegebenen Lastbereichen zugeordnet werden und innerhalb definierter Zeiträume die einzelnen Zeitab­ schnitte in den vorgegebenen Lastbereichen summiert und gespeichert werden, wobei die in den definierten Zeit­ räumen summierten Zeitabschnitte sowie die zugeordneten Lastbereiche zur Ermittlung des Ablaufs der Lebensdauer verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils gemesse­ ne Kraft in Prozenten einer Maximallast ausge­ drückt wird, und daß die Lastbereiche als Pro­ zentbereiche festgelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Protokoll ge­ druckt wird, das für die definierten Zeiträume die durch die summierten Zeitabschnitte gegebene Gesamtdauer der Belastung in den unterschiedli­ chen Lastbereichen angibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überlast ein Alarm ausgelöst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlastzustände mit Datum und Uhrzeit gespeichert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die summierten Zeit­ abschnitte in den unterschiedlichen Lastberei­ chen wochenweise gespeichert werden.

7. Vorrichtung zur Erfassung von Belastungen von Hub- und Zugeinrichtungen mit
einer Sensoranordnung (1) zur Messung von auf die Hub- oder Zugeinrichtung wirkenden Kräfte, einer Zeitmeßeinrichtung (4, 5), die die Dauer der jeweils aufgebrachten Kräfte als Zeitab­ schnitt bestimmt,
einer Einrichtung (4) zum Klassifizieren der einzelnen Meßwerte in vorgegebene Lastbereiche, einer Einrichtung (4) zum Summieren der einzel­ nen Zeitabschnitte, die den unterschiedlichen Lastbereichen zugeordnet sind, und
einer Speichereinrichtung (6, 7) zum Speichern der in den unterschiedlichen Lastbereichen sum­ mierten Zeitabschnitte.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (1) als mindestens ein Dehnungsmeßstreifen oder ein Piezoelement ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung, (1) als mindestens ein Lastmeßbolzen ausgebildet ist, der an bzw. in den kraftaufnehmenden Teilen der Hub- und Zugeinrichtungen angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßeinrich­ tung (5) als Uhr mit Datumsangabe ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrich­ tung (8) zum Anzeigen der augenblicklichen pro­ zentualen, von der Hub- oder Zugeinrichtung auf­ genommenen Last, bezogen auf die Maximallast der Uhrzeit und/oder des Datums.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrich­ tung ein EEPROM (6) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungs­ einheit (12) mit Alarmeinrichtung (10) vorgese­ hen ist, die bei Auftreten einer Überlast ein Alarmsignal abgibt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsein­ heit (12) eine von den übrigen Teilen getrennte Spannungsversorgung aufweist und die übrigen Teile auf Ausfall überwacht.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schnittstelle (9) für einen Computer (11) vorgesehen ist.