DE1958257A1

DE1958257A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Lebensdauerueberwachung von dauerwechselbeanspruchten Maschinen- oder Bauteilen

Info

Publication number: DE1958257A1
Application number: DE19691958257
Authority: DE
Inventors: Knud Dipl-Ing Overlach; Ludwig Dr Pietzsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-11-20
Filing date: 1969-11-20
Publication date: 1971-05-27
Also published as: DE1958257B2; DE1958257C3

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung des Verfahren und Vorrichtung zur Lebensdauerüberwachung von dauerwechselbeanspruchten Maschinen- oder Bauteilen.
Die Erfindung-betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lebensdauerüberwachung von in einem vorgegebenen Belastungsbereich dauerwechselbeanspruchten Maschinen- oder Bauteilen, insbesondere von Kränen.
Es iRt bekannt, die Anzahl und die Höhe der auf ein Maschinen-oder Bauteil einwirkenden Belrstungswechsel zu messen und die Lebensdauer dadurch zu vergrößern, daß nach Erreichen der zulässigen Lastwechselanzahl bei einer bestimmten Belastung das Maschinenteil ausgewechselt wird bzw. nur noch eine Belastung dieses Teils mit der Dauerbeanspruchung zugelassen wird. Daaurch wird die Lebensdauer des betreffenden Maschinen-oder Bauteils unnötig begrenzt, bzw. werden die Grenzen der Be.nspruchbarkeit in unnötiger Weise unausgenutzt gelassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine Lebensdauerüberwachung ermöglichen, die eine bessere Ausnutzung der Belastungsgrenzen von Maschinen- bzw. Bauteilen zulassen und trotzdem eine sichere Uberwachung ber uberbeanspruchung gewährleisten.
Zus Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daßaie Größe der Belastung gemessen wird, daß der Belastungsbereich in Unterbereiche unterteilt wird, daß die gemessene Last nach ihrer Größe in den ihr entsprechenden Unterbereich eingeordnet wird, daß in diesem Unterbereich und allen weiteren , kleinere Lasten umfassenden Unterbereichen die Anzahl der Lastwechsel gesondert gezählt wird, und daß bei Überschreiten einer vorbestimmten Anzahl von Lastwechseln, die für jeden Unterbereich gesondert festlegbar ist, einÜberlastsignal ausgelöst wird.
Während bei Verwendung der bekannten Überwachungsmethoden eine gleiche Sicherheit wie mit dem Verfahren nach der Erfindung nur dadurch gewonnen werden konnte, daß die maximale Belastung des Maschinen- bzw. Bauteils rigoros eingeschränkt wurde, was häufig zu unnötiger Überdimensionierung der zu belastenden Konstruktionen führte, können beim Einsatz des Verfahrens nach der Erfindung auch Konstruktionen, z.B. Kräne, die bisher nur zur Belastung mit geringen Beanspruchungen zugelassen waren, für eine beschränkte Anzahl von Lastspielen einer wesentlich erhöhten Beanspruchung unterworfen werden.
Genuß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung wird nach Erreichen der jeweiligen vorbestimmten Anzahl von Lastwechseln das Überlastsignal selbsttätig dem ncnstfolgenden Unterbereich zugeordnet.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfinaung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Meßwertgeber zum Messen der Größe der Belastung vorgesehen ist, aaß jedem Unterbereich ein Zähler zugeordnet ist, daß der Meßwertgeber mit jedem Zähler über einen Schwellwerteinstellschalter und einen Impulsgeber verbunden ist und daß parallel zu den Schwellwerteinstellschaltern ein Überlastschalter geschaltet ist, der mit einer Überlastanzeige verbunden ist und dessen Sollwert von den Zählern nachgeschalteten Relaiskontäkten vorgegeben wird.
Voraussetzung zur erfolgreichen Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung ist die richtige Auswahl der Meßstellen-Anzahl und -Lage. Diese Auswahl ist so zu treffen, daß sich eindeutige und repräsentative Aussagen über die-Beanspruchung der gesamten Konstruktion, beispielsweise eines Tragwerks, ableiten lassen. Im Grenzfall kann nur eine einzige Meßstelle vorhanden sein, wobei dann nur ein Meßwertgeber notwendig ist. Für das bzw. jedes zu vermessende Teil muß eine sogenannte Schadenslinie aufgrund vorangegange- -ner Versuche bekannt sein. Diese Schadenslinie ist der geometrische Ort aller Punkte für die zulässige Beanspruchung über der Anzahl von Lastwechseln. Sie verläuft unterhalb der sogenannten Wöhlerkurve, die der geometrische Ort aller Punkte für die Bruchbelastung über der Anzahl der Lastspiele darstellt.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Diagramm mit einer sogenannten Schadenslinie, Fig. 2 ein Diagramm, in dem Lastbereiche und gezählte und nicht gezählte Einzelbeallspruchungen über der Zeit aufgetragen sind und Fig. 3 ein Schaltbild für eine Vorrichtung nach der Erfindllng.
In dem Diagramm nach Fig. 1 ist die obere Kurve eine sogenannte Wöhlerkurve, welche die Bruchlast über der Anzahl der Lastspiele darstellt, und die untere Kurve eine sogenannte Schadenslinie, welche-die zulässige Beanspruchung über der Anzahl der Lastspiele darstellt. Beide Kurven müssen experimentell ermittelt werden und gelten ausschließlich für ein bestimmtes untersuchtes Bauteil. Mindestens die Schadenslinie muß für das zu überwachende Bauteil bekannt sein.
Diese bekannte Schadenslinie ist im vorliegenden fall durch drei Schwellwerte CIXCZ GfIII treppenförmig angenähert.
Für jeden durch die treppenförmige Unterteilung entstehenden Spannungsbereich wird eine durch die Schadenslinie bestimmte Anzahl nI,nII oder hIII von Lastwechseln vorgegeben. e>D stellt die Dauerbeanspruchung dar, die auch bei einer unbegrenzten Anzahl von Lastwechseln zulässig ist.
Jedes Überschreiten eines Schwellwertes I' # oder ( wird in dem betreffenden Bereich und gegebenenfalls in den niederen Bereichen gesondert gezählt. Das ist in Fig. 2 in einem-Beanspruchungs-Zeit-Diagrmm anschaulich dargestellt.
Alle Lastspitzen, die in einen der schraffierten Záhlbereiche 1,11. oder IIlragen, werden in diesen Bereichen gezählt.
Zusätzlich werden die in den Bereich I ragenden Lastspitzen in den Bereichen II und I4 und die in den Bereich II ragenden Lastspitzen in dem Bereich III mitgezählt. Das Uberlastsignal wird ausgelöst, sobald die jeweils noch zulässige höchste Belastung überschritten wird.
Ist die für einen Belastungsbereich vorgegebene Anzahl an Belastungen überschritten, wird auch der Grenzwert der Überlastsicherung zurückgenommen. Auf diese Weise wird ein Überschreiten der Schadenslinie verhindert.
In Fig. 3 ist ein elektrisches Gerät zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben.
Ein Meßwertgeber 1 erzeugt über einen Verstärker 2 Spannungen, die der jeweiligen Belastung proportional sind. Hochfrequente Lastechwankungen mit kleiner Amplitude werden mittels eines Filters 3 herausgefiltert.
Die Spannung wird parallel in drei S chwellwert einstells i:halter 41Z4II und 4fII gegeben, denen jeweils ein Lastbereich zugeordnet ist. Bei Überschreitung eines Schwellwertes öffnet der betreffende Schalter 4 und gibt über einen lmpulsgeber 5 ein Signal an einen Subtraktionezähler 6. FUr jeden Lastbereich ist eine beliebige Anzahl von Zählimpulsen Vorgebbar.
Ist ein Zähler 6 leer", d.h. ist für den zugehörigen Bereich die eingestellte, zulässige Lastwechselanzahl erreicht, so zeigt das zugehörige, jedem Zähler 6 nachgeschaltete Anzeigegerät 7 automatisch die für den nächstfolgenden Lastbereich mit kleinerer Belastung zulässige Tragmast an.
Zu den Schwellwerteinstellschaltern 4 ist ein Überlastschalter 8 parallelgeschaltet, dessen Ansprechschwelle durch einen Kontakt geschaltet wird, welchen jeder Subtraktionszähler 6 beim Erreichen des Wertes "Null" gibt, Den Zählern 6 sind Relaiskontakte RI bis R111 nachgeschaltet, die dem Überlastschalter jeweils die höchstzulässige Spannung als Sollwert vorgeben. Der Überlastschalter 8 ist mit einer Überlastanzeige 9 verbunden. Uberschreitet der Istwert aus dem Meßwertgeber diesen Sollwert, der einer spezifischen Belastung des Tragwerks entspricht, dann -schaltet die Überlastsicherung.
Der am Schwellwerteinstellschalter 4III vorgegebene Schwellwert entspricht der Dauerbelastbarkeit #D des Maschinen- oder Bauteils.
Ist z.B. im Zählbereich II als erstem die vorgegebene Grenzlastspielzahl n11 erreicht (fig. 1), so geht die Ansprechgrenze für Überlast auf den Schwellwert für den Zählbereich .11, also auf #III herunter. Ist die Grenzlastspielzahl n111 im Zählbereich III- überschritten, so kann das Maschinen- oder Bauteil maximal nur noch in Höhe der Dauerfestigkeit beansprucht werden.
t Patentansprüche:

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Lebensdauerüberwachung von in einem vorgegebenen Belastungsbereich dauerwechselbeanspruchten Maschinen- oder Bauteilen, insbesondere von tränen, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Größe der Belastung gemessen wird, daß der Belastung8bereich in Unterbereiche (I,II,III) unterteilt wird, daß die gemessene Last nach ihrer Größe in den ihr entsprechenden Unterbereich eingeordnet wird, daß in diesem Unterbereich und allen weiteren, kleinere Lasten umfassenden Unterbereichen die Anzahl der Lastwechsel gesondert gezählt wird, und daß bei Überschreiten einer vorbestimmten Anzahl von Lastwechseln (nI,nII,nI , die für jeden Unterbereich gesondert festlegbar ist, ein Überlastsignal ausgelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n -e t, daß nach Erreichen der Jeweiligen vorbestimmten Anzahl von Lastwechseln (nI,nII,nIII) das Überlastsignal selbsttätig dem nächstfolgenden Unterbereich (11,111) zugeordnet wird.
3. Errichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens ein Meßwertgeber (1) zum Messen der Größe der Belastung vorgesehen ist, daß jedem Unterbereich (I,II,III ein Zähler (6) zugeordnet ist, daß der Meßwertgeber (1) mit jedem Zähler (6> über einen Schwellwerteinstellschalter 4III) und einen Impulsgeber (5) verbunden ist und daß parallel zu den Schwellwerteinstellschaltern ein Überlastschalter (8) geschaltet ist, der mit einer Überlastanzeige (9) verbunden ist und dessen Sollwert von den Zählern (6) nachgeschalteten Relaiskontakten (RI,RIItRIII) vorgegeben wird.

L e e r s e i t e