DE19923824C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Belastungsdaten eines über einen Hydromotor angetriebenen Getriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Belastungsdaten eines über einen Hydromotor angetriebenen Getriebes, insbesondere zur Bestimmung von Lebensdauerdaten bei Hebezeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE 195 12 103 C2 bekannt.

Nach geltenden Sicherheitsbestimmungen ist eine Wartung oder ein Austausch des Getriebes, beispielsweise bei einer Winde oder einem Hubwerk, bei Erreichen einer gewissen Verschleißgrenze vorgeschrieben. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, Belastungsdaten des Antriebes zu erfassen, um diese mit der theoretischen Nutzungsdauer zu vergleichen und entsprechende Servicemaßnahmen daraus abzuleiten.

In der Praxis werden hierzu die Betriebsstunden manuell oder automatisch mittels Betriebsstundenzähler erfaßt. Weiterhin ist es möglich, die Betriebsstunden über die mittlere tägliche Laufzeit der Antriebsanordnung zu schätzen. Die Lebenserwartung der Antriebsanordnung, d. h. der Termin einer Wartung oder eines Austauschs, läßt sich in Abhängigkeit von der Belastungsart vorzugsweise nach FEM-Norm 9.755 (06/1993) bestimmen. Diese FEM-Norm klassifiziert jedes Hebezeug in vier verschiedene Belastungsarten, von leicht bis schwer. Jede Belastungsart charakterisiert die Ausnutzung der maximalen Traglast und den Lastwechselbetrieb. Unter Berücksichtigung der mittleren Laufzeit pro Arbeitstag läßt sich diejenige FEM-Gruppe feststellen, welche die Lebenserwartung als absolute Zeitdauer ab Inbetriebnahme bestimmt. Die auf diese Art und Weise bestimmte Lebenserwartung kann jedoch stark von der tatsächlichen Lebenserwartung abweichen. Im Laufe des Betriebes des Hebezeuges kann es sich ergeben, daß tatsächlich eine längere Laufzeit pro Arbeitstag stattfindet und/oder eine Belastung erfolgt, die einer höheren Belastungsart entspricht, so daß die Gefahr besteht, daß die so ermittelte Lebenserwartung stark verkürzt ist und in Folge dessen Schäden auftreten können.

Bei der Abschätzung der Laufzeit nach o. g. Methode ist also Vorsicht geboten. Eine demgegenüber sichere Methode besteht darin, daß die Betriebsstunden manuell oder automatisch mittels Betriebsstundenzähler erfaßt werden. Ist zudem die Last protokolliert, läßt sich die Belastung des Hebezeuges konkreter ermitteln, so daß sich dessen rechnerische Lebensdauer voll ausschöpfen läßt. Gemäß der vorstehend genannten FEM-Norm wird eine sichere Betriebsperiode als Wartungszeitraum derart bestimmt, daß der Quotient aus der tatsächlichen Nutzung durch die theoretische Nutzung ≦ 1 ist. Die theoretische Nutzung ist die rechnerische Gesamtlaufzeit des Hebezeuges, d. h. die Laufzeit, in der ein sicherer Betrieb möglich ist. Die tatsächliche Nutzung beschreibt die effektive Nutzung insbesondere anhand von Betriebsstunden und Lastkollektiven. Hieran läßt sich dann bestimmen, ob die Nutzung des Hebezeuges noch innerhalb der sicheren Betriebsperiode erfolgt.

Aus dem Artikel "Elektronik macht Hebezeuge sicherer" der Zeitschrift "Industrieanzeiger" (Ausgabe 50 in 1997, S.n 74-75) ist eine elektronische Einrichtung bekannt, mit der Betriebsdaten von Hebezeugen zur Bestimmung der Lebenserwartung erfassbar sind. Es werden die zu diesem Zweck wichtigen Parameter - wie Betriebsstunden, Belastung etc. - protokolliert. Aus diesen Größen kann der Anwender per PC mit einer entsprechenden Software Statistiken erzeugen und u. a. auch die Lebenserwartung bestimmen. In Ergebnis dessen ist eine fällige Wartung anhand der tatsächlichen Belastung einfach feststellbar.

Die bekannte elektronische Einrichtung ist jedoch für ein Hebezeug vorgesehen, dessen Getriebe von einem Elektromotor angetrieben wird. Als Meßgrößen gehen somit elektromotorspezifische Parameter - wie Spannungsabfall oder Stromstärke - in die Bestimmung der Belastungsdaten mit ein. Die bekannte elektronische Einrichtung kann somit in Verbindung mit einem Hebezeug, bei dem das Getriebe über einen Hydromotor angetrieben ist, nicht betrieben werden. Hierbei steht allenfalls ein automatischer Betriebsstundenzähler zur Verfügung. Antriebsbezogene Belastungsdaten - wie die Lastwechselzahl, die anhand der Drehzahl ermittelt wird - können nicht gewonnen werden.

Aus der o. g. DE 195 12 103 C2 ist ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Belastungsdaten eines über einen Hydromotor angetriebenen Getriebes bekannt. Hierfür wird neben der Drehzahl als erste Meßgröße, das Drehmoment an einer Seiltrommel als weitere Meßgröße verwendet. Die Verwendung der weiteren Meßgröße Drehmoment hat jedoch den Nachteil, daß in die Berechnung nicht die tatsächliche Nutzung des Hebezeuges im Zusammenhang mit den geleisteten Betriebsstunden einfließt, sondern die Belastung der Seiltrommel, die auch bei nicht eingeschaltetem Antrieb aufgrund der Last noch vorhanden ist. Somit kann hier keine allein durch die Betriebsstunden des Antriebs verursachte Abnutzungserscheinung im Getriebe ermittelt werden.

Die DE 40 01 306 A1 zeigt einen Hydromotor, in dessen Druckmittelkreislauf ein Drucksensor zur Ermittlung des Drucks eingesetzt wird. Dieses erfolgt jedoch im Rahmen eines Regelkreises, um bei Abfall des Systemdrucks den Druck über eine entsprechende Anstellung des Hydromotors wieder entsprechend der Sollwertvorgabe aufzubauen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 dahingehend weiterzubilden, dass zuverlässig die tatsächliche Nutzung des Hebezeuges im Zusammenhang mit den geleisteten Betriebsstunden bestimmbar ist.

Die Aufgabe wird verfahrensgemäß durch den Patentanspruch 1 und vorrichtungsgemäß durch den Patentanspruch 6 gelöst. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.

Es wird der hydromotorspezifische Betriebsparameter Druck in die Bestimmung der Belastungsdaten einbezogen und es ist insgesamt möglich, auf diese Weise zuverlässig die tatsächliche Nutzung des Hebezeuges im Zusammenhang mit den geleisteten Betriebsstunden zu erfassen, um den Zeitpunkt einer erforderlichen Wartung oder eines Austausches des Antriebes zu ermitteln.

Als Zählverfahren zur Ermittlung von Beanspruchungskollektiven wird vorzugsweise die allgemein bekannte Klassengrenzenüberschreitungszählung oder Bereichspaarzählung oder Momentanwertzählung oder Verweildauerzählung verwendet.

Eine die Erfindung bei Einsatz eines verstellbaren Hydromotors verbessernde Maßnahme besteht darin, daß zusätzlich zu den Meßgrößen Druck und Drehzahl die Meßgröße Verstellwinkel des Hydromotors erfaßt wird und in die nachfolgende Klassierung mit einfließt. Der Verstellwinkel gibt Aufschluß über die den Hydromotor durchfließende Druckmittelmenge pro Zeiteinheit und ist Ausdruck der Belastung des Hydromotors. Über die Variation des Verstellwinkels ist eine kleine Drehzahl des Antriebs mit großem Drehmoment erzeugbar. Die Faktoren Drehzahl und Drehmoment sind bei der Lebensdauerberechnung ausschlaggebend. Ist das Drehmoment im Falle des verstellbaren Hydromotors nicht konstant, so ist es von Vorteil, dieses in die Lebensdauerberechnung mit einzubeziehen. Ersatzweise kann hierzu auch eine Schätzung des mittleren Betriebsdrehmomentes erfolgen, was jedoch zu einer ungenaueren Lebensdauerberechnung führt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mittels einer Vorrichtung realisiert werden, bei der ein Drehzahlsensor auf der Antriebs- oder der Abtriebsseite des Getriebes und ein Drucksensor am Druckmittelkreislauf des Hydromotors angeordnet ist. Die davon ausgehenden Meßsignale gehen eingangsseitig einer die Meßsignale zur Berechnung der Lebensdauer zeitabhängig in Kollektiven klassierende und mit zulässigen Größen vergleichende Signalverarbeitungseinheit zu. Das von der Signalverarbeitungseinheit erzeugte Ergebnis­ signal wird von einer Ausgabeeinheit angezeigt oder bereitgestellt.

Damit ist eine automatische Bestimmung der Lebensdauerdaten des Hebezeuges möglich. Die relativ einfache Erfassung der Meßgrößen Drehzahl und Druck erlaubt eine einfach aufgebaute Sensorik, deren Ausgangsdaten mittels eines Mikroprozessors auf einfache Weise weiterverarbeitbar sind.

Vorzugsweise ist der Drucksensor nach Art eines Differenzdrucksensors aufgebaut, dessen Meßsignal sich aus dem Hochdruck und dem Niederdruck im Druckmittelkreislauf des Hydromotors bildet. Die zulässigen Größen können in Form einer Kennlinie in einer Speichereinheit hinterlegt sein. Es ist von Vorteil, wenn zwischen dem Drucksensor und dem Drehzahlsensor einerseits und der Signalverarbeitungseinheit andererseits ein Anpaßverstärker vorgesehen ist. Zur Anzeige des Ergebnissignals kann die Ausgabeeinheit als numerische oder symbolische Anzeige - beispielsweise mittels Leuchtdioden - ausgestaltet sein.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben bzw. werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines über einen Hydromotor angetriebenen Hebezeuges mit angeschlossener Sensorik, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das die Signalverarbeitung von der Sensorik bis zur Ergebnisausgabe darstellt.

Ein Hebezeug in Form einer Seilwinde gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Hydromotor 1 mit angeflanschtem Getriebe 2. Das Getriebe 2 ist als Planetengetriebe ausgestaltet, dessen äußeres Zahnrad koaxial mit einer drehend gelagerten Seiltrommel 3 in Verbindung steht, von der aus ein Seil 4 abgeht, an dem eine Last heb- und senkbar ist. Das Getriebe 2 untersetzt eine schnelle Drehzahl des Hydromotors 1 ins Langsame, so daß auf die Seiltrommel 3 ein dem Übersetzungsverhältnis entsprechend höheres Moment aufbringbar ist, über das in Abhängigkeit vom Durchmesser der Seiltrommel 3 eine Hubkraft ausübbar ist, um die Last zu bewegen. Das Heben der Last erfolgt über ein Aufwickeln des Seils 4 auf die Seiltrommel 3; das Senken der Last geschieht durch Abwickeln.

Der Hydromotor 1 wird über einen Hydraulikkreislauf angetrieben und besitzt zu diesem Zweck einen Zuflußanschluß 5 und einen Rückflußanschluß 6. Parallel zu den Anschlüssen 5 und 6 ist ein Drucksensor 7 vorgesehen. Der Drucksensor 7 ist ein Differenzdrucksensor, dessen Hochdruckanschluß dem Zulaufanschluß 5 und dessen Niederdruckanschluß dem Rücklaufanschluß 6 des Hydromotors 1 zugeordnet ist. Der Drucksensor 7 stellt an dem Ausgang 8 ein elektrisches Drucksignal zur Verfügung. Daneben erfaßt ein Drehzahlsensor 9 die Drehzahl der Seiltrommel 3, die der Abtriebsdrehzahl des Getriebes 2 entspricht. Ausgangsseitig stellt der Drehzahlsensor 9 ein elektrisches Drehzahlsignal ebenfalls am Ausgang 8 zur Weiterverarbeitung bereit.

Die Weiterverarbeitung erfolgt gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 2 derart, daß die Signale der zumindest die Drehzahl und den Druck erfassenden Sensorik 10 einem Verstärker 11 zum Zweck der Anpassung an das nachfolgende Bauelement zugeführt werden. Zusätzlich kann die Sensorik 10 auch den Verstellwinkel des Hydromotors 1 erfassen. Diese Option wird bei einem verstellbaren Hydromotor genutzt. Dem Verstärker 11 folgt eine Mikroprozessoreinheit 12. Die Mikroprozessoreinheit 12 nimmt zuerst eine Klassierung der von der Sensorik 10 gelieferten Meßgrößen zum Zweck der Datenreduzierung vor. Dabei wird ein Klassierverfahren, beispielsweise die Momentanwertzählung, angewendet, um die beanspruchungsgerechte Lebensdauer zu ermitteln. Abschließend vergleicht die Mikroprozessoreinheit 12 die klassierten Meßgrößen mit in einer Speichereinheit 13 als Kennlinie hinterlegten zulässigen Größen für die Grenzlebensdauer, die sich an genormten Auslegungskollektiven nach FEM-Norm 9.755 orientieren. Das Vergleichsergebnis ist die Restlebensdauer, welche in einer Ausgabeeinheit 14 zur Anzeige gebracht wird. Die Ausgabeeinheit 14 besteht zu diesem Zweck aus einer numerischen Anzeige, die mit einer symbolischen Anzeige kombiniert ist, welche nach Ablauf der zulässigen Lebensdauer eine erforderliche Wartung oder einen Austausch des Antriebes signalisiert.

Claims (12)

1. Verfahren zur Bestimmung von Belastungsdaten eines über einen Hydromotor angetriebenen Getriebes, insbesondere zur Bestimmung von Lebensdauerdaten bei Hebezeugen, bei dem die an- oder abtriebsseitige Drehzahl des Getriebes und eine weitere Meßgröße zeitabhängig erfaßt werden, die nachfolgend nach einem Zählverfahren zur Ermittlung von Beanspruchungskollektiven klassiert werden, woraufhin die klassierten Größen mit zulässigen Größen verglichen und schließlich das Vergleichsergebnis bereitgestellt oder ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Meßgröße der Druck im Druckmittelkreislauf des Hydromotors ermittelt wird, um Belastungsdaten zu bestimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zählverfahren das Verfahren der Klassengrenzenüberschreitungszählung oder der Bereichspaarzählung oder der Momentanwertzählung oder der Verweildauerzählung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Meßgrößen Druck und Drehzahl die Meßgröße Verstellwinkel des Hydromotors erfaßt wird und in die nachfolgende Klassierung mit einfließt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zulässigen Größen aus einem Auslegungskollektiv nach der FEM-Norm 9.755 gewonnen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zulässigen Größen für den Vergleich mit den klassierten Größen als abgespeicherte Kennlinie hinterlegt werden.

6. Vorrichtung zur Bestimmung von Belastungsdaten eines über einen Hydromotor (1) angetriebenen Getriebes (2), insbesondere von Lebensdauerdaten bei Hebezeugen, wobei ein Drehzahlsensor (9) auf der Antriebs- oder der Abtriebsseite des Getriebes (2) angeordnet ist und ein weiterer Sensor vorgesehen ist, deren ausgangsseitigen Meßsignale eingangsseitig einer die Meßsignale zur Berechnung der Lebensdauer zeitabhäng in Kollektiven klassierende und mit zulässigen Größen vergleichende Signalverarbeitungseinheit (12) zugehen, deren Ergebnissignal eine Ausgabeeinheit (14) anzeigt oder bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Sensor ein Drucksensor (7) ist, welcher am Druckmittelkreislauf des Hydromotors (1) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (7) nach Art eines Differenzdrucksensors aufgebaut ist, dessen Meßsignal sich aus dem Hochdruck und dem Niederdruck im Druckmittelkreislauf des Hydromotors (1) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zulässigen Größen in Form einer Kennlinie in einer Speichereinheit (13) hinterlegt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drucksensor (7) und dem Drehzahlsensor (9) einerseits und der Signalverarbeitungseinheit (12) andererseits ein Anpaßverstärker (11) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige des Ergebnissignals die Ausgabeeinheit (14) als numerische und/oder als symbolische Anzeige ausgestaltet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Stellmotors als Hydromotor (1) zusätzlich der Verstellwinkel als Meßgröße der Signalverarbeitungseinheit (12) zugeht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (2) als Planetengetriebe ausgestaltet ist, dessen äußeres Zahnrad direkt mit einer Seiltrommel (3) verbunden ist und dessen Sonnenrad von dem Hydromotor (1) angetrieben ist.