DE1958257B2

DE1958257B2 - Verfahren zur Lebensdauerüberwachung von dauerwechselbeanspruchten Maschinenoder Bauteilen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1958257B2
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: 1974-01-17
Also published as: DE1958257C3; DE1958257A1

Description

Voraussetzung zur erfolgreichen Anwendung des sätziich werden die in den Bereich I ragenden Last-Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung spitzen in den Bereichen II und III, und die in den ist die richtige Auswahl der Meßstellenzahl und -lage. Bereich II ragenden Lastspitzen in dem Bereich III Diese Auswahl ist so zu treffen, daß sich eindeutige mitgezählt. Das Überlastsignal wird ausgelöst, sobald und repräsentative Aussagen über die Beanspruchung 5 die jeweils noch zulässige höchjte Belastung überder gesagten Konstruktion, beispielsweise eines Trag- schritten wird.

werks, ableiten lassen. Im Grenzfall kann nur eine Ist die für einen Belastungsbereich vorgegebene einzige Meßstelle vorhanden sein, wobei dann nur ein Anzahl an Belastungen überschritten, wird auch der Meßwertgeber notwendig ist Für das bzw. jedes zu Grenzwert der Überlastsicherung zurückgenommen, vermessende Teil muß eine sogenannte Schadenslir.ie *o Auf diese Weise wird ein Überschreiten der Schadensauf Grund vorangegangener Versuche bekannt sein. linie verhindert.

Diese Schadenslinie ist der geometrische Ort aller In F i g. 3 ist ein elektrisches Gerät zum Durch-Punkte für die zulässige Beanspruchung über der An- führen des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben, zahl von Lastwechseln. Sie verläuft unterhalb der so- Ein Meßwertgeber 1 erzeugt über einen Verstärgenannten Wöhlerkurve, die der geometrische Ort 15 ker 2 Spannungen, die der jeweiligen Belastung proaller Punkte für die Bruchbelastung über der Anzahl portional sind. Hochfrequente Lastschwankungen der Lastspiele darstellt. mit kleiner Amplitude werden mittels eines Filters 3

Die Erfindung sowie vorteilhafte Einzelheiten der herausgefiltert.

Erfindung werden im folgenden an Hand schema- Die Spannung wird parallel in drei Schwellwerttischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ao einstellschalter 4_b 4_n und 4_m gegeben, denen jeweils näher erläutert. ein Lastbereich zugeordnet ist. Bei Überschreitung Es zeigt eines Schwellwertes öffnet der betreffende Schalter 4 F i g. 1 ein Diagramm mit einer sogenannten und gibt über einen Impulsgeber 5 ein Signal an einen Schadenslinie, Subtraktionszähler 6. Für jeden Lastbereich ist eine F i g. 2 ein Diagramm, in dem Lastbereiche und 25 beliebige Anzahl von Zählimpulsen vorgebbar. Ist ein gezählte und nicht gezählte Einzelbeanspruchungen Zähler 6 »leer«, d. h. ist für den zugehörigen Bereich über der Zeit aufgetragen sind und die eingestellte, zulässige Lastwechselanzahl erreicht, F i g. 3 ein Schaltbild für eine Vorrichtung nach so zeigt das zugehörige, jedem Zähler 6 nachgeschalder Erfindung. tete Anzeigegerät 7 automatisch die für den nächstin dem Diagramm nach F i g. 1 ist die obere Kurve 30 folgenden Lastbereich mit kleinerer Belastung zueine sogenannte Wöhlerkurve, welche die Bruchlast lässige Traglast an.

über der Anzahl der Lastspiele darstellt, und die Zu den Schwellwerteinstellschaltern 4 ist ein Überuntere Kurve eine sogenannte Schadenslinie, welche lastschalter 8 parallel geschaltet, dessen Ansprechdie zulässige Beanspruchung über der Anzahl der schwelle durch einen Kontakt geschaltet wird, wel-Lastspiele darstellt. Beide Kurven müssen experi- 35 chen jeder Subtraktionszähler 6 beim Erreichen des mentell ermittelt werden und gelten ausschließlich für Wertes »Null« gibt. Den Zählern 6 sind Relaiskonein bestimmtes untersuchtes Bauteil. Mindestens die takte R₁ bis A_1n nachgeschaltet, die dem Überlast-Schadenslinie muß für das zu überwachende Bauteil schalter jeweils die höchstzulässige Spannung als bekannt sein. Sollwert vorgeben. Der Überlastschalter 8 ist mit einer Diese bekannte Schadenslinie ist im vorliegenden 40 Überlastanzeige 9 verbunden. Überschreitet der Ist-Fall durch drei Schwellwerte o_u a_n, a_m treppenför- wert aus dem Meßwertgeber diesen Sollwert, der einer mig angenähert. Für jeden durch die treppenförmige spezifischen Belastung des Tragwerks entspricht, dann Unterteilung entstehenden Spannungsbereich wird schaltet die Überlastsicherung. Der am Schwellwerteine durch die Schadenslinie bestimmte Anzahl n_h einstellschalter 4,J₁ vorgegebene Schwellwert ent-M_n oder n_m von Lastwechseln vorgegeben. o_D stellt 45 spricht der Dauerbelastbarkeit a_D des Maschinendie Dauerbeanspruchung dar, die auch bei einer un- oder Bauteils.

begrenzten Anzahl von Lastwechseln -mlässig ist. Ist z. B. im Zählbereich II als erstem die vorge-

Jedes Überschreiten eines Schwellwertes a\, a_n oder gebene Grenzlastspielzahl n_n erreicht (F i g. 1), so

lf_ui wird in dem betreffenden Bereich und gegebenen- geht die Ansprechgrenze für Überlast auf den

falls in den niederen Bereichen gesondert gezählt. 50 Schwellwert für den Zählbereich II, also auf σ_ηΙ her-

Das ist in F i g. 2 in einem Beanspruchungs-Zeit- unter. Ist die Grenzlastspielzahl n_in im Zählbereich

Diagramm anschaulich dargestellt. Alle Lastspitzen, III überschritten, so kann das Maschinen- oder Bau-

die in einen der schraffierten Zählbereiche I, II oder teil maximal nur noch in Höhe der Dauerfestigkeit

III ragen, werden in diesen Bereichen gezählt. Zu- beansprucht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Zählwerk um eine größere Zählrate weiterbewegt Patentansprüche: wird als bei kleinerer Last Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

1. Verfahren zur Lebensdauerüberwachung von Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs gein einem vorgegebenen Belastungsbereich dauer- 5 nannten Art zu schaffen, weiche eine Lebensdauerwechselbeanspruchten Maschinen-oder Bauteilen, überwachung ermöglichen, die eine bessere Ausnutinsbesondere von Kränen, bei dem die Anzahl der zung der Belastungsgrenzen von Maschinen- bzw. Lastwechsel unter Berücksichtigung der Größe Bauteilen zulassen und trotzdem eine sichere Überder Last gezählt wird, dadurch gekenn- wachung bei Überbeanspruchung gewährleisten.

ζ e i c h η e t, daß der Belastungsbereich in Unter- io Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren bereiche (I, II, III) unterteilt wird, daß die ge- gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Belastungsmessene Last nach ihrer Größe in den ihr ent- bereich in Unterbereiche unterteilt wird, daß die gesprechunden Unterbereich eingeordnet wird, daß messene Last nach ihrer Größe in den ihr entsprein diesem Unterbereich und allen weiteren, klei- chenden Unterbereich eingeordnet wird, daß in dienere Lasten umfassenden Unterbereichen die An- 15 sem Unterbereich und allen weiteren, kleinere Lasten zahl der Lastwechsel gesondert gezählt wird, und umfassenden Unterbereichen die Anzahl der Lastdaß bei Überschreiten einer vorbestimmten An- wechsel gesondert gezahlt wird, und daß bei Überzahl von Lastwechseln (/Z₁, n_n, n_m), die für jeden schreiten einer vorbestimmten Anzahl von Last-Unterbereich gesondert festlegbar ist, ein Über- wechseln, die für jeden Unterbereich gesondert festlastsignal ausgelöst wird. 20 legbar ist, ein Überlastsignal ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Das Verfahren nach der Erfindung berücksichtigt kennzeichnet, daß nach Erreichen der jeweiligen die physikalische Tatsache, daß Lastwechsel bei grovorbestimmten Anzahl von Lastwechseln (/Z₁, n_n, ßen Lastamplituden in einer kleineren Anzahl ertra-/Z₁₁₁) das Uberlastsignal selbsttätig dem nächst- gen werden können als Lastwechsel kleiner Amplifolgenden Unterbereich (II, III) zugeordnet wird. 25 tuden, durch Aufteilen des Belastungsbereiches in

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- Unterbereiche, in denen die Anzahl der Lastwechsel rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, gesondert gezählt werden, wobei in den Unterbereidaß mindestens ein Meßwertgeber (1) zum Mes- chen unterschiedliche Höchstzahlen von Lastwechseln sen der Größe der Belastung vorgesehen ist, daß vorgegeben werden, je nachdem, wie groß die in den jedem Unterbereich (I, II, III) ein Zähler (6) zu- 30 einzelnen Unterbereichen gemessene mittlere Belageordnet ist, daß der Meßwertgeber (1) mit jedem stungsamplitude ist. Bei großer Belastungsamplitude Zähler (6) über einen Schwellwerteinstellschalter ist diese Höchstzahl klein, während sie bei kleiner (4,, 4[j, 4|„) und einen Impulsgeber (5) verbunden Belastungsamplitude groß ist. Dabei werden die Lastist und daß parallel zu den Schwellwertein- wechsel in den Unterbereichen mit jeweils kleinerer stellschaltern ein Überlastschalter (8) geschaltet 35 mittlerer Belastungsamplitude stets mitgezählt. Bei ist, der mit einer Überlastanzeige (9) verbunden Erreichen der jeweiligen vorgegebenen Höchstzahl ist und dessen Sollwert von den Zählern (6) nach- von Lastwechseln wird ein Überlastsignal ausgelöst geschalteten Relaiskontakten (R₁, R_n, R_1n) vor- und vorzugsweise dabei automatisch auf den nächstgegeben wird, folgenden Unterbereich kleinerer Belastungsgröße

40 umgeschaltet. Hierdurch ist eine selbsttätige, zuverlässige Überwachung des Ermüdungszustandes eines

dauerwechselbeanspruchten Bauteils im Betrieb

möglich.
Während bei Verwendung der bekannten Über-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lebens- 45 wachungsmethoden eine gleiche Sicherheit wie mit dauerüberwachung von in einem vorgegebenen Be- dem Verfahren nach der Erfindung nur dadurch gelastungsbereich dauerwechselbeanspruchten Maschi- wonnen werden konnte, daß die maximale Belastung nen- oder Bauteilen, insbesondere von Kränen, bei des Maschinen- bzw. Bauteils rigoros eingeschränkt dem die Anzahl der Lastwechsel unter Berücksichti- wurde, was häufig zu unnötiger Uberdimensionierung gung der Größe der Last gezählt wird, sowie eine 5° der zu belastenden Konstruktionen führte, können Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. beim Einsatz des Verfahrens nach der Erfindung auch

Es ist bekannt, die Anzahl und die Höhe der auf Konstruktionen, z. B. Kräne, die bisher nur zur Beein Maschinen- oder Bauteil einwirkenden Belastungs- lastung mit geringen Beanspruchungen zugelassen wechsel zu messen und die Lebensdauer der Gesamt- waren, für eine beschränkte Anzahl von Lastspielen konstruktion dadurch zu verlängern, daß nach Er- 55 einer wesentlich erhöhten Beanspruchung unterworfen reichen der zulässigen Lastwechselanzahl das Ma- werden.

schinenteil ausgewechselt wird bzw. nur noch eine Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah-

Belastung dieses Teils mit der Dauerbeanspruchung rens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, zugelassen wird. Dadurch wird die Lebensdauer des daß mindestens ein Meßwertgeber zum Messen der betreffenden Maschinen- oder Bauteils unnötig be- 60 Größe der Belastung vorgesehen ist, daß jedem Untergrenzt, bzw. werden die Grenzen der Beanspruchbar- bereich ein Zähler zugeordnet ist, daß der Meßwertkeit in unnötiger Weise unausgenutzt gelassen. geber mit jedem Zähler über einen Schwellwertein-

Bei einem bekannten Zählverfahren (britische stellschalter und einen Impulsgeber verbunden ist Patentschrift 785 165) gehen unterschiedliche Last- und daß parallel zu den Schwellwerteinstellschaltern größen dadurch in die Zählung der Lastwechsel ein, 65 ein Überlastschalter geschaltet ist, der mit einer überdaß ein Lastwechselzähler je nach Größe der Last lastanzeige verbunden ist und dessen Sollwert von eine unterschiedliche Zählrate aufweist. So gehen den Zählern nacbgeschalteten Relaiskontakten voreroße Lasten dadurch in die Zählung ein, daß das gegeben wird.