DE1958257C3

DE1958257C3 - Verfahren zur Lebensdauerüberwachung von dauerwechselbeanspruchten Maschinenoder Bauteilen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1958257C3
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: 1974-08-15
Also published as: DE1958257B2; DE1958257A1

Description

Voraussetzung zur erfolgreichen Anwendung des sätzlich 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 höchste Belastung überder gesamten Konstruktion, beispielsweise eines Trag- schritten wird.

werks, ableiten lassen. Im Grenzfall kann nur eine 1st 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 Schadenslinie io Auf diese Weise wird ein Überschreiten der Schadensauf Grund vorangegangener Versuche bekannt sein. linie verhindert.

Diese Schadensiinie ist der geometrische Ort aller In Fig. 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 darstei.;. mit kleiner Amplitude werden mittels eines Filters 3

Die Erfindung sowie vorteilhafte Einzelheiten der herausgefiltei t.

Erfindung werden im folgenden an Hand schema- Die Spannung wird parallel in drei Schwelhverttischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ao einstellschalter 4,, 4_U und 4_ΙΠ gegeben, denen jeweils näher erläutert. ein Lastbereich zugeordnet ist. Bei Überschreitung Es zeigt eines Schwellwertes öffnet der betreffende Schalter 4 Fig. 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 35 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 Lastwechsel anzahl 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, weiche 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 R_lu 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 O₁, σ_η, o_IH treppenför- wert aus dem Meßwertgeber diesen Sollwert, der einer mig angenähert. Für jeden durch die treppenförmige spezifischen Belastung des Tragwerks entspricht, dann Unterteilung entstehenden Spannungsherden wird schaltet die Überlastsicherung. Der am Schwellwerteine durch die Schadenslinie bestimmte Anzahl«,, einstellschalter 4_Π1 vorgegebene Schwellwert ent- «,i oder n,„ von Lastwechseln vorgegeben. α_υ stellt 45 spricht der Dauerbelastbarkeit o_D des Maschinendie Dauerbeanspruchung dar, die auch bei einer un- oder Bauteils.

begrenzten Anzahl von Lastwechseln zulässig ist. 1st z. B. im Zählbereich II als erstem die vorge-

Jedes Überschreiten eines Schwellwertes σ,, σ,, oder gebene Grenzlastspielzahl n_n erreicht (Fig. 1), so

O_1n 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 a_m her-

Das ist in Fig. 2 in einem Beanspruchungs-Zeit- unter. Ist die Grenzlastspielzahl n_m 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 Bclastungsbereich dauer- 3 nannten Art zu schaffen, welche 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 trot2dem 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 Belastungsmesscne Last nach ihrer Größe in den ihr ent- bereich in Unterbereiche unterteilt wird, daß die gesprechenden Unterbereich eingeordnet wird, daß messene Last nach ihrer Größe in den ihr entsprcin 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 («,, «,„ «,,,), 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 I, dadurch ge- Das Verfahren nach der Erfindung berücksichtigt kennzeichnet, daß nach Erreichen der jeweiligen die physikalische Tatsache, daß Lastwechsel bei grovorbestimmten Anzahl von Lastwechseln («,, ;i,„ ßen Lastamplituden in einer kleineren Anzahl ertra- «,11) das Überlastsignal 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|„ 4„|) und einen Impulsgeber (5) verbunden Belastungsamplitude groß ist. Dabei werden die Laslist und daß parallel zu den Schwellwertein- wechsel in den Unterbereichen mit jeweils kleinerer Stellschaltern ein Überlastschplter (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 Lastwechsdn 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 Überdimensionierung 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 nachgeschalteten Relaiskontakten vorgroße Lasten dadurch in die Zählung ein, daß das gegeben wird.