EP4408783B1 - Verfahren zur ermittlung eines verschleisszustands, insbesondere zur vorhersage einer restlebensdauer und/oder einer restbetriebsdauer, mindestens eines laufenden strangs einer den mindestens einen laufenden strang zu deren bestimmungsgemässer verwendung nutzenden vorrichtung und vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur ermittlung eines verschleisszustands, insbesondere zur vorhersage einer restlebensdauer und/oder einer restbetriebsdauer, mindestens eines laufenden strangs einer den mindestens einen laufenden strang zu deren bestimmungsgemässer verwendung nutzenden vorrichtung und vorrichtung Download PDF

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EP4408783B1
EP4408783B1 EP23777279.3A EP23777279A EP4408783B1 EP 4408783 B1 EP4408783 B1 EP 4408783B1 EP 23777279 A EP23777279 A EP 23777279A EP 4408783 B1 EP4408783 B1 EP 4408783B1
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EP
European Patent Office
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strand
running
wear
load
service life
Prior art date
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EP23777279.3A
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English (en)
French (fr)
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EP4408783C0 (de
EP4408783A1 (de
Inventor
Marco ELIG
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Kv R&d Center GmbH
Verope Ag
Kiswire Ltd
Original Assignee
Kv R&d Center GmbH
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B7/00—Other common features of elevators
    • B66B7/12—Checking, lubricating, or cleaning means for ropes, cables or guides
    • B66B7/1207—Checking means
    • B66B7/1215—Checking means specially adapted for ropes or cables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/54—Safety gear

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a wear condition, in particular for predicting a remaining service life and/or a remaining operating time, of at least one running strand of a device using the at least one running strand for its intended use, in which method a position of strand segments of the at least one running strand is determined during operation of the device. For each strand segment of the at least one running strand, when a load position L i of a load moved by the device changes to a subsequent load position L i+1, at least one wear parameter is determined, from which the wear condition of the at least one running strand is determined.
  • the invention relates to a device which has at least one running strand and a strand guide means for the at least one running strand and a sensor device for detecting a movement speed of the strand guide means and/or a force acting on the at least one strand.
  • a running strand is a strand of a device which, when the device is used as intended, i.e. when it is in operation, is moved via strand guide means and is thereby deflected, i.e. bent (see, for example, the German VDI guideline 2358 from 2012, section 5.1).
  • Such a device may, for example, be a lifting device or a locking device.
  • a lifting device is a device designed to move a load, in particular to raise or lower it.
  • a lifting device can be a load crane such as a tower crane, a harbor crane, a crawler crane, a luffing crane, or an elevator, which can be designed as a passenger or freight elevator. It is understood that an elevator is intended solely for the movement of an elevator car in or against the direction of gravity.
  • a moving leg of a lifting device can be designed as a lifting leg or an adjustable leg.
  • the lifting leg allows the movement of a load to be moved with the lifting device in or against the direction of gravity, i.e., upwards or downwards.
  • the adjustable leg enables the movement of adjustable, for example, pivotable lifting device elements such as booms or crane trolleys.
  • a closure device can be provided for opening a weir or lock, in which closure gates, also referred to as gates, can be opened or closed, for example, by moving chains.
  • closure gates also referred to as gates
  • the closure gates can be horizontally movable, i.e., from a closed position to an open position or vice versa.
  • Strand guide means are all means that guide the running strand during its movement and can be designed, for example, as discs such as rope sheaves, as rollers such as rope pulleys, or as drums such as rope drums onto which the running strand can be wound or from which the running strand can be unwound.
  • Running strands can be designed as a rope, for example as a wire rope, fiber rope, hybrid rope, load band, load belt or load chain.
  • running ropes such as wire ropes are used primarily for cranes
  • load belts or load straps are used for passenger or freight elevators, for example.
  • Load chains are used, for example, in locking devices such as locks or weirs.
  • a strand segment is a section of the at least one running strand that has a length of at least 0.20 mm, preferably 0.50 to 5.00 mm.
  • the inventor has determined that a strand segment length between 0.5 mm and 5.00 mm leads to the development of a particularly precise method in which, surprisingly, even with very long strands such as crane ropes, only an insignificant additional computational effort arises, particularly when the method is designed as a computer-implemented method or simulation method.
  • the sum of the lengths of all strand segments corresponds to a total length L of the at least one running strand.
  • the strand segments can also be several centimeters or several meters long. Although the strand segments can be of different sizes, in particular of different lengths, the strand segments are preferably of the same size.
  • the total service life of a string is defined as "the time between the string being put on and the achievement of one of the discard criteria specified in the standards," while the total service life is defined as "the time between the string being put on and the breakage of the string.”
  • the total service life is the time during which the string can be used safely in the device, while the total service life is the time the string is usable until failure. It is understood that the total service life is less than the total service life.
  • a string is considered to be ready for discard if it must be replaced due to wear in order to continue operating the device, especially a lifting device, safely (see, for example, ISO 4309 from August 2021).
  • the wear condition of a running string within the meaning of the present invention can be, for example, its remaining operating time or its remaining service life.
  • the remaining operating time and the remaining service life are calculated from the total operating time specified for the running string or the total service life less any usage and load-dependent usage time already elapsed.
  • the remaining operating time or the remaining service life can be specified as the number of remaining bending cycles of the at least one running strand, on the basis of which it can be estimated how long the device can still be operated, i.e. how many bending cycles can still take place until the total operating time or the total service life is reached.
  • a wear parameter can be the so-called number of bending cycles, known to those skilled in the art.
  • a bending of the at least one running strand by a strand guide causes a bending cycle, with a full bending cycle being a curvature from straight to bent to straight.
  • a full bending cycle has a number of bending cycles of 1.0.
  • a strand segment undergoes a full bending change when it is guided completely over a strand guide and is thus bent twice, once from straight to bent when entering the strand guide and a second time from bent to straight when leaving the strand guide.
  • a half bend cycle would be a single curvature from straight to bent or vice versa and would have a bend cycle count of 0.5.
  • Further wear parameters can be geometric parameters of the strand guide means of the device, geometric parameters of the at least one running strand such as its diameter or its design and/or a force acting on the at least one strand Force, in particular a force acting in a longitudinal direction of at least one strand. Parameters used are those that are relevant to wear and that can be easily determined using appropriate sensors such as weight or force sensors.
  • the construction of a wire rope is determined by the number of strands and the number of strand layers (see ISO 4309 from August 2021).
  • the construction of a rope can also be referred to as a rope class (see, for example, DIN EN 12385-2 from 2008).
  • a strand guide device such as a strand guide disc
  • the groove size of a strand guide device can have an influence on strand wear if, for example, the strand is squeezed into the groove under tensile stress and is thus subjected to transverse forces.
  • a diameter of the strand guide means which determines a radius of curvature of the strand during its guidance, is also relevant for wear.
  • wear parameters are determined from the aforementioned wear parameters, for example so-called bending cycle factors, which in turn depend on a strand bending length and/or a strand diameter.
  • the wear parameters can be used to determine the wear condition of the running strand.
  • Prediction models exist for this purpose, which, for example, consist of " Wire ropes - design, operation, safety” (Klaus Freyrer, 3rd edition, Vieweg Verlag, ISBN 978-3-642-54295-4 ) or ISO 4309 (version: August 2021).
  • a method and device for determining the discard readiness of a fiber rope of an operating tower crane based on a change in the torsional stiffness of the fiber rope are known. This method is based on the knowledge that the torsional stiffness of a fiber rope increases with increasing load. If a limit value is exceeded, an acoustic or visual signal is displayed to the crane operator, indicating that the rope is ready for discard.
  • a device and method for determining the remaining service life of a fiber rope of a crane are known.
  • the parameter used to determine the rope service life is a change in the flexural stiffness of the fiber rope.
  • CN 103112781 A describes a method for the real-time determination of the service life of a wire rope used in a crane based on a bending cycle distribution. Since each rope may only reach a certain number of bending cycles before it is worn out, it is possible to determine in real time when the rope needs to be replaced. The disadvantage of this method is that the wear and tear is only determined based on the bending cycle distribution and other wear-relevant factors, in particular the weight of a moving load, are not taken into account. CN 103112781 A known methods are very inaccurate. CN 103112781 A no interactions between a lifting line and an adjustment line are taken into account.
  • DE 20 2011 001 846 U1 describes a method and a device for determining the remaining service life of a fiber rope used in a crane.
  • Several parameters are used for this purpose, in particular a so-called indicator profile, which can be embedded in the core of a strand or between fiber strands and which shows changes under load faster than the fiber ropes or fiber strands of the fiber rope.
  • a detection device records several magnetic, mechanical, optical and/or electronic rope parameters, such as the distance traveled or the elongation of a rope section.
  • An evaluation unit uses these rope parameters to determine whether the fiber rope is ready for discard.
  • a method for determining the wear on a winch cable of a snow groomer and for determining a remaining service life is known from DE 10 2011 080 466 A1 known.
  • Sensors record various cable parameters, sometimes indirectly based on the position of a winch arm or the GPS position of the snowcat.
  • the invention is based on the object of creating a method of the type mentioned at the outset by which a more precise determination of the wear condition of a running strand of a device, which can be a lifting or a closing device, is possible, in particular in real time.
  • the object is achieved in that adjacent strand segments of the at least one running strand with the same number of bending cycles are combined to form a strand section forming a strand segment group and load classes are formed within each strand segment group, whereby strand segments with the same wear load, in particular strand segments guided via strand guide means of the same size and/or loaded with the same longitudinal force, form a load class.
  • strand segment groups advantageously creates an efficient process, since a separate wear condition does not have to be calculated for each strand segment, but only for strand segment groups. For example, if a running strand has 100 strand segments that can be combined into three strand segment groups, the wear condition must be determined three times instead of 100 times. In particular, the strand segments can be directly adjacent.
  • the longitudinal force acting on the strand or its strand segments, the number of bending cycles, and the diameter of a strand guide are the relevant wear parameters for determining the remaining service life and/or remaining operating time.
  • Strand segments with the same wear stress are, in particular, those within a strand segment group that were subjected to the same longitudinal force and/or were guided over strand guides of the same size, particularly over those with the same diameter and groove depth.
  • the use of other wear parameters, such as the strand guide groove depth, is conceivable.
  • a strand segment is guided over a strand guide with a diameter d 1 , its wear is higher for the same number of bending cycles than if it is guided over a strand guide with a diameter d 2 , where d 1 ⁇ d 2 .
  • a wear condition of such strand segments which experience fewer bending cycles than other strand segments but are subject to higher loads than these because the bending cycles were carried out by strand guide means which, for example, have a particularly small diameter, can be determined by a method according to the invention, so that a wear condition of the entire running strand can be determined particularly precisely.
  • a remaining service life or remaining operating time is determined as a number of remaining bending cycles and displayed to a user. It is conceivable that the remaining service life or remaining operating time is displayed to a user of a lifting device as the number of remaining load strokes.
  • the load positions L i and L i+1 refer to a spatial arrangement of a load which is moved by the device from a first position L i to a subsequent position L i+1 .
  • a load position L 1 i.e., a closed position of the lock gates
  • a load position L 2 i.e., an open position of the lock gates.
  • a horizontal movement of the lock gates, for example, would subject a moving chain, which causes the opening, to wear.
  • a first strand segment may be the strand segment through which the running strand is connected to a strand guide means such as a rope drum, while a last strand segment may be the one that is connected, for example, to a load-handling device such as a crane hook.
  • At least one wear parameter in particular a number of bending cycles and/or a longitudinal force acting on the strand segment, is determined for each of the strand segments, and from this a remaining service life and/or a remaining operating life is determined for each strand segment.
  • relevant wear parameters include a number of bending cycles, a longitudinal force acting on the rope, which is determined by the weight of a lifting load, and a diameter of strand guide means over which the running strand is guided.
  • a particularly accurate prediction method is preferably created.
  • the inventor recognized that the strand segment(s) with the shortest remaining service life or remaining operating life correspond to the remaining operating life or the remaining service life of the running strand. Only those strand segments need to be subjected to an inspection, such as a visual inspection, so that the inspection effort for a running strand is significantly reduced by the method according to the invention.
  • a correction factor is calculated to reduce the operating time and/or remaining service life expressed as the number of remaining bending cycles.
  • Such a correction factor which is less than 1 and greater than zero, can be calculated, for example, when a running strand is used with different loads, or when some strand segments of a running strand have the same number of bending cycles. like other strand segments, but were guided over a strand guide with a smaller diameter than that over which the other strand segments were guided. The higher the load or the smaller the diameter of the strand guide, the greater the wear of a running strand or the affected strand segments and the shorter the remaining service life or the remaining service life of the running strand.
  • a wear condition can be determined for each change in a load position L i .
  • a dynamic method is developed that takes into account the actual changes in load positions and thus enables a more precise determination of the wear condition, in contrast to methods known from the prior art.
  • each strand segment of the at least one running strand is expediently determined on the basis of a position of a strand guide means guiding the at least one running strand and/or a movement speed of a strand guide means guiding the at least one running strand when changing the load position L i to the subsequent load position L i+1 .
  • a sensor device with which the device is provided and which comprises a sensor for determining a movement speed of a strand guide means can be used to determine a position of the strand segments when the load position L i changes to the subsequent load position L i+1 after defined time steps ⁇ t at times t j by using known geometric parameters of the strand guide means and/or a rotational speed of the strand guide means.
  • the lifting distance by which a load is lifted is determined by the number of revolutions of a rope drum onto which a hoist rope carrying a hoist load is wound during lifting, as well as its diameter and other geometric parameters. This allows the position of each rope segment to be determined at any time t j during the change from the hoist load position L i to the subsequent hoist load position L i+1 .
  • a load class remaining lifetime and/or a load class remaining service life is determined for each load class, and from this a remaining lifetime and/or a remaining service life of the string segment group is determined.
  • the wear condition of the at least one running strand in the load position L i+1 is determined starting from the load position L i .
  • To determine the wear condition of the at least one running strand only a change compared to an existing wear condition is considered.
  • a particularly efficient method is developed.
  • a wear condition in the load position L i can be the remaining number of bending cycles until the so-called discard point of the running strand is reached.
  • the remaining number of bending cycles until the discard point is reached in the load position L i+1 would be the number of bending cycles in the load position L i minus a number of bending cycles determined by wear during the change from the load position L i to the subsequent load position L i+1 .
  • the wear condition of the at least one running strand is determined on the basis of a damage hypothesis for which a movement of the at least one running strand and a force acting on the at least one running strand during the change of the load position L i to the subsequent load position L i+1 are taken into account.
  • a damage hypothesis can be an equation that inputs values from determined wear parameters and outputs a remaining service life or remaining operating time as a function of the wear parameters. Examples of damage hypotheses can be found, for example, in the aforementioned book by Klaus Feyrer, "Wire Ropes - Design, Operation, Safety," particularly in Chapter 3.4 - General Calculation Method for Rope Drives.
  • more complex damage hypotheses can be used, which also take into account the forces actually acting on the moving strand for each strand segment. These forces can be frictional forces between the strand and a strand guide, or transverse forces that occur due to the strand being guided by the strand guide. It is conceivable that by including geometric parameters of the strand guide, such as whose diameter or a groove depth and/or width, correction factors are determined which significantly determine the state of wear, i.e. in particular reduce a remaining operating life and/or a remaining service life.
  • the wear condition of at least one running strand is continuously determined during operation of the device.
  • a person performing maintenance or inspection of the at least one running strand can concentrate on those strand sections that are particularly worn. Furthermore, a real-time method for determining the wear status of the at least one running strand is advantageously implemented.
  • a wear condition of a lifting strand and/or an adjustment strand of the lifting device in the load position L i+1 is determined, preferably in such a way that interactions of the plurality of running strands are taken into account.
  • a load position is a spatial arrangement of a lifting load.
  • One running strand can be a lifting strand, while another running strand can be an adjustment strand of the lifting device.
  • Interactions between strands occur, for example, when a strand guide means that guides a lifting strand changes its spatial position due to a first movement of an adjusting strand in such a way that the lifting strand is moved, for example, by a second Movement, which can be a vertical lifting load movement, experiences more bending cycles than without taking into account the first, horizontal movement of the strand guide means.
  • a wear condition of the lifting line in the load position L i+1 can be determined by superimposing wear conditions caused by the two movements, which can be considered independently of each other.
  • a particularly accurate determination of the wear condition of the running strands of the lifting device is possible and thus a particularly reliable determination of a remaining service life and/or a remaining operating time after which a replacement of at least one strand must take place.
  • the method according to the invention is particularly advantageous for lifting devices which, for example, have several driven strand drums such as rope drums, for example tower cranes, luffing cranes, mobile cranes, crawler cranes or container loading cranes.
  • driven strand drums such as rope drums, for example tower cranes, luffing cranes, mobile cranes, crawler cranes or container loading cranes.
  • the method is designed as a computer-implemented method.
  • the computer can have a database in which positions of strand guide means, the changeable positions of the strand segments, as well as geometric parameters of the running strand used and the strand guide means are stored.
  • the position change of each strand segment can be determined during the position change using the data stored in the database. Furthermore, a change in the spatial position of a strand guide device can be taken into account.
  • the strand segment data record can be supplemented with a bending cycle count of 0.5.
  • a wear condition is calculated and an output signal is generated and output.
  • Various wear parameters and calculation methods can be used for this purpose. to determine the state of wear, for example damage hypotheses, based on the wear parameters must be stored in the database.
  • wear-relevant geometric parameters of one of the strand guide means that a strand segment has passed during the change from the load position L i to the subsequent load position L i+1 can supplement the strand segment data set.
  • strand segment groups and/or load classes can be formed and stored in the database, whereby a parameter of the strand segment data set is its affiliation to a strand segment group and/or a load class.
  • the output signal can be a remaining number of bending cycles until the end of service or strand failure, or a remaining number of load strokes.
  • the at least one wear parameter and/or the wear state of the at least one running strand is displayed graphically over a length of the running strand on a display screen, preferably during or after each change from the load position L i to the subsequent load position L i+1 .
  • Such a graphical representation may be a diagram in which the at least one wear parameter and/or the wear state is displayed as a function of a strand position between 0 and a total length L of the running strand.
  • a display is made as a function of the strand segments, with a first strand segment starting at position 0 and a last strand segment ending at position L (total length of the strand).
  • a change in the at least one wear parameter and/or the wear state of the at least one running strand during the change of the load position L i to the subsequent load position L i+1 is continuously displayed graphically on a display screen over a length of the running strand.
  • Such a graphical representation can be a diagram changing after each time step ⁇ t, in which the at least one wear parameter and/or the wear state is displayed as a function of a strand position between 0 and a total length L of the running string is displayed.
  • ⁇ t is a time step after which a position determination of string segments takes place during a change of the load position L i to L i+1 .
  • wear can be tracked in real time while a load position is changing.
  • the method is designed as a simulation method in which a wear condition of a running strand is predicted when a load position L i of a moving load changes to a subsequent load position L i+1 .
  • a designer of a lifting or closing device can simulate various load cases and determine the wear condition of a running strand of the lifting or closing device. Based on a simulation result, it is conceivable that the design of the lifting or closing device can be modified in such a way that, under the same load cases, a longer remaining service life or a longer remaining service life of the running strand is achieved.
  • strand guide means such as cable pulleys can be geometrically modified, or their spatial position within the lifting or closing device can be changed.
  • a method according to the invention designed as a simulation method makes it possible to design a lifting or closing device that is optimized for strand wear.
  • a device according to the invention which is in particular a lifting device or a closing device, is characterized in that the device comprises at least one drive device for moving the at least one running strand and is designed to carry out a method according to the invention.
  • a drive device for moving the at least one running strand and would, for example, in a crane, be a drum drive, i.e. a driven rope drum onto which a running hoist rope can be wound and unwound.
  • the device itself to have an evaluation device such as a computer. It is conceivable that only sensor data from the device are collected and wirelessly transmitted to the evaluation device via a transmission device, wherein the evaluation device is configured to determine the wear condition, which can be a remaining service life and/or a remaining operating time of the at least one running strand.
  • sensor data from various operating devices can be stored and processed centrally.
  • a database can be provided in which all sensor data is stored. It is conceivable that historical sensor data could be used to determine the wear condition of the at least one running strand using new or previously unused prediction models or damage hypotheses.
  • the method according to the invention can be adapted during continuous operation of the device in such a way that an even more precise determination of the wear condition is possible.
  • the device has at least one adjustment line and/or at least one lifting line.
  • at least one adjustment line and/or at least one lifting line are advantageousously, it is possible to reliably determine the wear status of running lines even for complex devices with multiple lines, for example, for cranes such as tower cranes, container loading cranes, or other lifting devices.
  • FIG. 1 and 2 An embodiment of the method according to the invention according to Fig. 3 as well as a determination of a remaining lifetime and a remaining operating life is carried out in Fig. 1 and 2 shown embodiments, which show simple lifting devices.
  • the schematically shown lifting device 1 designed as a crane, comprises a running hoist rope 2 with a total length L, which is deflected via a rotatable pulley 3, with a wrap angle of 90 degrees. This means that the hoist rope 2 is deflected by 90 degrees by the pulley 3.
  • the running hoist rope 2 is designed as a twisted wire rope.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißzustands, insbesondere zur Vorhersage einer Restlebensdauer und/oder einer Restbetriebsdauer, mindestens eines laufenden Strangs einer den mindestens einen laufenden Strang zu deren bestimmungsgemäßer Verwendung nutzenden Vorrichtung, bei dem im Betrieb der Vorrichtung eine Position von Strangsegmenten des mindestens einen laufenden Strangs ermittelt wird., wobei für jedes Strangsegment des mindestens einen laufenden Strangs bei Änderung einer Lastposi-tion Li einer mit der Vorrichtung bewegten Last in eine darauffolgende Lastposition Li+1 zumindest ein Verschleißparameter bestimmt wird, aus dem der Verschleißzustand des mindestens einen laufenden Strangs ermittelt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die mindestens einen laufenden Strang sowie ein Strangführungsmittel für den mindestens einen laufenden Strang und eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Bewegungsgeschwindigkeit des Strangführungsmittels und/oder einer auf den mindestens einen Strang wirkenden Kraft aufweist.
  • Ein laufender Strang ist ein Strang einer Vorrichtung, der bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung, also bei deren Betrieb, über Strangführungsmittel bewegt und dadurch umgelenkt, das heißt gebogen wird (siehe zum Beispiel die deutsche VDI-Richtlinie 2358 aus 2012, dort Abschnitt 5.1).
  • Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise eine Hubvorrichtung oder eine Verschlussvorrichtung sein.
  • Eine Hubvorrichtung ist eine Vorrichtung, die zur Bewegung einer Last, insbesondere zu deren Anheben oder Absenken, eingerichtet ist. Eine Hubvorrichtung kann ein Lastkran wie ein Turmdrehkran, ein Hafenkran, ein Raupenkran, ein Wippkran oder ein Aufzug sein, der als Personen- oder Lastenaufzug ausgebildet sein kann. Es versteht sich, dass ein Aufzug lediglich zur Bewegung einer Aufzugkabine mit oder entgegen einer Wirkrichtung der Schwerkraft vorgesehen ist.
  • Ein laufender Strang einer Hubvorrichtung kann als Hubstrang oder als Verstellstrang ausgebildet sein. Durch den Hubstrang kann eine Bewegung einer mit der Hubvorrichtung zu bewegenden Last in oder entgegen einer Wirkrichtung der Erdanziehungskraft, das heißt nach oben oder unten, erfolgen, während durch den Verstellstrang eine Bewegung von verstellbaren, beispielsweise verschwenkbaren Hubvorrichtungselementen wie Auslegern oder sogenannten Katzen oder Trolleys von Kränen möglich ist.
  • Eine Verschlussvorrichtung kann zum Öffnen eines Wehrs oder einer Schleuse vorgesehen sein, bei dem bzw. bei der Verschlusstore, die auch als Schütze bezeichnet werden, beispielsweise durch laufende Ketten geöffnet oder verschlossen werden können. Insbesondere können die Verschlusstore horizontal bewegbar sein, das heißt aus einer Geschlossenposition in einer Offenposition oder umgekehrt.
  • Strangführungsmittel sind alle Mittel, die den laufenden Strang bei seiner Bewegung führen und können beispielsweise als Scheiben wie Seilscheiben, als Rollen wie Seilrollen, oder als Trommeln wie Seiltrommeln, auf die der laufende Strang aufgewickelt oder von denen der laufende Strang abgewickelt werden kann, ausgebildet sein.
  • Laufende Stränge können als Seil, beispielsweise als Drahtseil, Faserseil, Hybridseil, Lastband, Lastgurt oder Lastkette ausgebildet sein.
  • Während laufende Seile wie Drahtseile insbesondere für Lastkräne verwendet werden, werden Lastgurte oder Lastbänder beispielsweise für Personen- oder Lastaufzüge benutzt. Lastketten werden beispielsweise bei Verschlussvorrichtungen wie Schleusen oder Wehren verwendet.
  • Ein Strangsegment ist ein Abschnitt des mindestens einen laufenden Strangs, der eine Länge von zumindest 0,20 mm, vorzugsweise 0,50 bis 5,00 mm aufweist. Der Erfinder hat festgestellt, dass eine Strangsegmentlänge zwischen 0,5 mm und 5,00 mm zur Ausbildung eines besonders genauen Verfahrens führt, bei dem selbst bei sehr langen Strängen wie Kranseilen überraschenderweise nur ein unerheblicher rechnerischer Mehraufwand entsteht, insbesondere wenn das Verfahren als computerimplementiertes Verfahren oder Simulationsverfahren ausgebildet ist. Die Summe der Länge aller Strangsegmente entspricht einer Gesamtlänge L des mindestens einen laufenden Strangs.
  • Die Strangsegmente können auch mehrere Zentimeter oder mehrere Metern lang sein. Obwohl die Strangsegmente unterschiedlich groß, das heißt insbesondere unterschiedlich lang sein können, sind die Strangsegmente vorzugsweise gleich groß.
  • Gemäß Abschnitt 11 der deutschen VDI-Richtlinie 2358 aus 2012 ist die Gesamtbetriebsdauer eines Strangs als "Zeit zwischen dem Auflegen des [Strangs] und dem Erreichen eines der in den Normen festgelegten Ablegekriterien" definiert, während die Gesamtlebensdauer als "Zeit zwischen dem Auflegen und dem Bruch des [Strangs]" definiert ist. Die Gesamtbetriebsdauer ist also diejenige Zeit, die der Strang betriebssicher in der Vorrichtung verwendbar ist, während die Gesamtlebensdauer diejenige Zeit ist, die der Strang bis zum Ausfall benutzbar ist. Es versteht sich, dass die Gesamtbetriebsdauer kleiner ist als die Gesamtlebensdauer. Als ablegereif wird ein Strang bezeichnet, der aufgrund von Verschleiß gewechselt werden muss, um die Vorrichtung, insbesondere eine Hubvorrichtung, weiter sicher betreiben zu können (siehe hierzu beispielsweise ISO 4309 aus 08/2021).
  • Der Verschleißzustand eines laufenden Strangs im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise dessen Restbetriebsdauer oder dessen Restlebensdauer sein. Die Restbetriebsdauer und die Restlebensdauer berechnen sich aus der für den laufenden Strang vorgegebenen Gesamtbetriebsdauer oder der Gesamtlebensdauer abzüglich einer bereits erfolgten benutzungs- und lastabhängigen Benutzungsdauer.
  • Insbesondere kann die Restbetriebsdauer oder die Restlebensdauer als Anzahl verbleibender Biegewechsel des mindestens einen laufenden Strangs angegeben werden, anhand der abgeschätzt werden kann, wie lange die Vorrichtung noch betrieben werden kann, das heißt wieviele Biegewechsel noch erfolgen können, bis die Gesamtbetriebsdauer oder die Gesamtlebensdauer erreicht ist.
  • Ein Verschleißparameter kann die dem Fachmann bekannte, sogenannte Biegewechselzahl sein. Eine Krümmung des mindestens einen laufenden Strangs durch ein Strangführungsmittel bewirkt einen Biegewechsel, wobei ein voller Biegewechsel eine Krümmung von gerade zu gebogen zu gerade ist. Ein voller Biegewechsel hat die Biegewechselzahl 1,0.
  • Einen vollen Biegewechsel erfährt beispielsweise ein Strangsegment, das vollständig über ein Strangführungsmittel geführt und dadurch zwei Mal gebogen wird, einmal von gerade zu gebogen beim Übergang in das Strangführungsmittel und ein zweites Mal von gebogen zu gerade beim Verlassen des Strangführungsmittels.
  • Ein halber Biegewechsel wäre eine einzige Krümmung von gerade zu gebogen oder umgekehrt und hätte die Biegewechselzahl 0,5.
  • Verschiedene Arten von Biegewechseln sowie deren zugehörige Biegewechselzahl sind in der VDI-Richtlinie 2358 aus 2012 beispielsweise auf S. 12 (Abschnitt Kurzzeichen) beschrieben.
  • Weitere Verschleißparameter können geometrische Parameter des Strangführungsmittels der Vorrichtung sein, geometrische Parameter des mindestens einen laufenden Strangs wie dessen Durchmesser oder dessen Machart und/oder eine auf den mindestens einen Strang wirkende Kraft, insbesondere eine in einer Längsrichtung des mindestens einen Strangs wirkende Kraft. Es werden solche Parameter herangezogen, die verschleißrelevant sind, und die durch entsprechende Sensoren wie Gewichts- oder Kraftsensoren einfach zu bestimmen sind.
  • Die Machart eines Drahtseils wird beispielsweise durch eine Anzahl an Litzen sowie eine Anzahl an Litzenlagen bestimmt (s. hierzu ISO 4309 aus 08/2021). Die Machart eines Seils kann auch als Seilklasse bezeichnet werden (s. z. B. DIN EN 12385-2 aus 2008).
  • Außerdem kann eine Rillengröße eines Strangführungsmittels wie einer Strangführungsscheibe einen Einfluss auf den Strangverschleiß haben, wenn der Strang beispielsweise unter Zugbeanspruchung in die Rille hineingequetscht wird und dadurch durch Querkräfte belastet wird.
  • Ein Durchmesser des Strangführungsmittels, durch das ein Krümmungsradius des Strangs bei dessen Führung festgelegt ist, ist ferner verschleißrelevant.
  • Denkbar ist, dass aus vorgenannten Verschleißparametern weitere Verschleißparameter ermittelt werden, beispielsweise sogenannte Biegewechselfaktoren, die wiederum von einer Strangbiegelänge und/oder einem Strangdurchmesser abhängen.
  • Anhand der Verschleißparameter kann der Verschleißzustand des laufenden Strangs bestimmt werden. Hierzu bestehen Vorhersagemodelle, die beispielsweise aus "Drahtseile - Bemessung, Betrieb, Sicherheit" (Klaus Freyrer, 3. Auflage, Vieweg Verlag, ISBN 978-3-642-54295-4) oder der ISO 4309 (Fassung: August 2021) bekannt sind.
  • Es versteht sind, dass die Übertragung der Vorhersagemodelle auf andere Seilarten wie Faserseile oder Hybridseile den Fachmann nicht vor Probleme stellt. Weitere Vorhersagemodeel sind insbesondere aus "Zur Abschätzung der Lebensdauer von laufenden hochmodularen Faserseilen" (Gregor Novak, Dissertation; Berichte aus dem Institut für Fördertechnik und Logistik, Universität Stuttgart; November 2017) und aus "Beitrag zur Untersuchung des Lebensdauerverhaltens von Drahtseilen unter einer kombinierten Beanspruchung aus Zug, Biegung und Torsion" (Tobias Weber, Dissertation; Berichte aus dem Institut für Fördertechnik und Logistik, Universität Stuttgart; September 2013) bekannt.
  • Zu den in der vorliegenden Anmeldung genannten Definitionen wird außerdem auf die dem Fachmann bekannte deutsche VDI-Richtlinie 2358 aus 2012 sowie darin zitierte Normen, insbesondere die ISO 4309, verwiesen.
  • Aus DE 10 2013 017 110 A1 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu Bestimmung der Ablegereife eines Faserseils eines im Betrieb befindlichen Turmdrehkrans anhand von einer Veränderung der Drehsteifigkeit des Faserseils bekannt. Grundlage dieses Verfahrens ist die Erkenntnis, dass die Drehsteifigkeit eines Faserseil mit zunehmender Lastzahl zunimmt. Wird ein Grenzwert überschritten, wird einem Kranführer ein akustisches oder optische Signal angezeigt, wonach das Seil ablegereif ist.
  • Aus DE 10 2013 014 265 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer eines Faserseils eines Krans bekannt. Die Kenngröße, anhand der eine Seillebensdauer ermittelt wird, ist eine Veränderung einer Biegesteifigkeit des Faserseils.
  • CN 103112781 A beschreibt ein Verfahren zur Echtzeitbestimmung einer Seillebensdauer eines Drahtseils, welches in einem Kran eingesetzt wird, anhand einer Biegewechselverteilung. Dadurch, dass jedes Seil nur eine bestimmte Anzahl an Biegewechselbelastungen bis zur Ablegereife erreichen darf, kann in Echtzeit ermittelt werden, wann das Seil auszutauschen ist. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Ablegereife lediglich anhand der Biegewechselverteilung ermittelt wird und weitere verschleißrelevante Faktoren, insbesondere ein Gewicht einer bewegten Last, nicht berücksichtigt werden. Dadurch ist das aus CN 103112781 A bekannte Verfahren sehr ungenau. Auch werden in CN 103112781 A keine Wechselwirkungen eines Hubstrangs mit einem Verstellstrang berücksichtigt.
  • DE 20 2011 001 846 U1 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung einer verbleibenden Faserseillebensdauer eines in einem Kran benutzten Faserseils. Dazu werden mehrere Parameter herangezogen, insbesondere ein sogenanntes Indikatorprofil, welches in den Kern einer Litze oder zwischen Fasersträngen eingebettet sein kann und das schneller als die Faserseile oder Faserstränge des Faserseils Veränderungen bei Belastung zeigt. Von einer Erfassungseinrichtung werden mehrere magnetische, mechanische, optische und/oder elektronische Seilkenngrößen, beispielsweise ein zurückgelegter Seilweg oder die Dehnung eines Seilabschnitts erfasst. Durch eine Auswerteinheit wird anhand der Seilkenngrößen bestimmt, ob das Faserseil ablegereif ist.
  • Ein Verfahren zur Bestimmung des Verschleißes an einem Windenseil einer Pistenraupe sowie zur Bestimmung einer Restbetriebsdauer ist aus DE 10 2011 080 466 A1 bekannt. Dazu erfassen Sensoren verschiedene Seilparameter, teilweise mittelbar anhand einer Stellung eines Windenarmes oder einer GPS-Position der Pistenraupe.
  • Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißzustands eines Drahtseils sind ferner aus DE 10 2004 063 709 B3 , US 2017/045493 A1 und JP 2020 040801 A bekannt.
  • Aus dem Stand der Technik ist außerdem bekannt, dass bei Annahme bestimmter Lastfälle die Lebensdauer eines laufenden Seils abschätzbar ist. Da diese Annahmen in der Praxis häufig fehlerbehaftet sind, ist eine solche Lebensdauervorhersage, die als statische Lebensdauervorhersage bezeichnet wird, ungenau. Nachteilig sind häufige Sichtprüfungen erforderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das eine genauere Bestimmung des Verschleißzustandes eines laufenden Strangs einer Vorrichtung, die eine Hub- oder eine Verschlussvorrichtung sein kann, möglich ist, insbesondere in Echtzeit.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass benachbarte Strangsegmente des mindestens einen laufenden Strangs mit gleicher Biegewechselzahl zu einem eine Strangsegmentgruppe bildenden Strangabschnitt zusammengefasst und innerhalb einer jeden Strangsegmentgruppe werden Belastungsklassen gebildet, wobei Strangsegmente gleicher Verschleißbeanspruchung, insbesondere über gleich große Strangführungsmittel geführte und/oder mit gleicher Längskraft belastete Strangsegmente, eine Belastungsklasse bilden .
  • Vorteilhaft wird durch Bildung von Strangsegmentgruppen ein effizientes Verfahren geschaffen, da nicht für jedes Strangsegment ein eigener Verschleißzustand berechnet werden muss, sondern lediglich für Strangsegmentgruppen. Weist ein laufender Strang beispielsweise 100 Strangsegmente auf, die zu drei Strangsegementgruppen zusammenfasst werden können, muss der Verschleißzustand dreimal bestimmt werden und eben keine 100 Mal. Insbesondere können die Strangsegmente unmittelbar benachbart sein.
  • Bei einem laufenden Strang einer Hubvorrichtung sind beispielsweise eine auf den Strang bzw. dessen Strangsegmente wirkende Längskraft, eine Anzahl an Biegewechseln und ein Durchmesser eines Strangführungsmittels diejenigen relevanten Verschleißparameter, die zur Bestimmung einer Restlebensdauer und/oder Restbetriebsdauer relevant sind. Eine Hinzuziehung weiterer relevanter Verschleißparameter wie einer Rillentiefe eines Strangführungsgmittels ist denkbar.
  • Strangsegmente gleicher Verschleißbeanspruchung sind insbesondere solche einer Strangsegmentgruppe, die mit gleicher Längskraft beansprucht wurden und/oder über gleich große Strangführungsmittel geführt wurden, insbesondere über solchen mit gleichem Durchmesser und gleicher Rillentiefe. Eine Heranziehung anderer Verschleißparameter wie einer Strangführungsmittelrillentiefe ist denkbar.
  • Durch Bildung von Strangsegmentgruppen kann ein computerunterstützter Rechenaufwand zur Bestimmung des Verschleißzustands erheblich reduziert werden.
  • Durch Bildung von Belastungsklassen innerhalb einer Strangsegmentgruppe wird ein besonders genaues Verfahren geschaffen, da nicht nur eine Anzahl an Biegewechseln zur Bestimmung des Verschleißzustands berücksichtigt wird, sondern außerdem weitere relevante Verschleißparameter, die als Korrekturen wirken, durch die eine Restlebensdauer oder Restbetriebsdauer bei gleicher Biegewechselzahl herabgesetzt wird.
  • Wird ein Strangsegment beispielsweise über ein Strangführungsmittel mit einem Durchmesser d1 geführt, so ist dessen Verschleiß bei gleicher Biegewechselzahl höher als bei Führung über ein Strangführungsmittel mit einem Durchmesser d2, wobei d1 < d2 ist.
  • Insbesondere ein Verschleißzustand solcher Strangsegmente, die zwar weniger Biegewechsel erfahren als andere Strangsegmente, jedoch höher belastet sind als diese, da die Biegewechsel durch Strangführungsmittel erfolgt sind, die beispielsweise einen besonders kleinen Durchmesser aufweisen, kann durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ermittelt werden, so dass ein Verschleißzustand des gesamten laufenden Strangs besonders präzise ermittelbar ist.
  • Es ist vorteilhaft und benutzerfreundlich, wenn eine Restlebensdauer oder eine Restbetriebsdauer in einer Anzahl verbleibender Biegewechsel ermittelt und einem Benutzer angezeigt wird. Denkbar ist, dass die Restlebensdauer oder die Restbetriebsdauer einem Benutzer einer Hubvorrichtung als Anzahl verbleibender Lasthübe angegeben wird.
  • Durch Bildung von Strangsegmentgruppen mit Belastungsklassen wird außerdem sichergestellt, dass selbst bei großen Lastpositionsänderungen eine genaue Bestimmung der Restlebensdauer und Restbetriebsdauer des laufenden Strangs möglich ist, da auch Zwischenschritte erfasst werden können.
  • Die Lastpositionen Li und Li+1 betrifft eine räumliche Anordnung einer Last, die durch die Vorrichtung aus einer ersten Position Li in eine darauffolgende Position Li+1 bewegt wird.
  • Wird eine Hublast beispielsweise von einem Kran um 10 m angehoben, wäre dies eine Änderung einer ersten Lastposition L1, in dem die Hublast an einen Kranhaken angebracht wird, in eine Lastposition L2, in der die Hublast um 10 m angehoben ist.
  • Werden Schleusentore einer Schleuse geöffnet, wäre dies eine Änderung einer Lastposition L1, das heißt einer Geschlossenstellung der Schleusentore, in eine Lastposition L2, das heißt eine Offenstellung der Schleusentore. Durch eine beispielsweise horizontale Bewegung der Schleusentore würde ein laufender Strang, durch den die Öffnung bewirkt wird, verschleißbeansprucht.
  • Ein erstes Strangsegment kann dasjenige Strangsegment sein, durch das der laufende Strang mit einem Strangführungsmittel wie einer Seiltrommel verbunden ist, während ein letztes Strangsegment dasjenige sein kann, das beispielsweise mit einem Lastaufnahmemittel wie einem Kranhaken verbunden ist.
  • Zweckmäßigerweise wird für jedes der Strangsegmente der mindestens eine Verschleißparameter, insbesondere eine Biegewechselzahl und/oder eine auf das Strangsegment wirkende Längskraft, ermittelt, und daraus wird für jedes Strangsegmente eine Restlebensdauer und/ oder eine Restbetriebsdauer ermittelt.
  • Bei laufenden Strängen wie Drahtseilen für Hubvorrichtungen, beispielsweise Kräne, sind relevante Verschleißparameter beispielsweise eine Biegewechselzahl, eine auf das Seil wirkende Längskraft, die durch ein Gewicht einer Hublast bestimmt wird, und ein Durchmesser von Strangführungsmitteln, über die der laufende Strang geführt wird.
  • Dadurch, dass für jedes Strangsegment eine Restlebensdauer und/oder eine Restbetriebsdauer ermittelt wird, wird vorzugsweise ein besonders genaues Vorhersageverfahren geschaffen. Hierzu hat der Erfinder erkannt, dass dasjenige Strangsegment oder diejenigen Strangsegmente, das oder die die geringste Restlebensdauer oder Restbetriebsdauer aufweisen, der Restbetriebsdauer bzw. die Restlebensdauer des laufenden Strangs entsprechen. Nur diejenigen Strangsegmente müssen einer Inspektion wie einer Sichtprüfung unterzogen werden müssen, so dass ein Inspektionsaufwand für einen laufenden Strang durch das erfindungsgemäße Verfahren erheblich reduziert wird.
  • Es ist denkbar, dass ein Korrekturfaktor berechnet wird, durch den eine als Anzahl verbleibender Biegewechsel ausgedrückte Betriebsdauer und/oder Restlebensdauer verringert wird. Ein solcher Korrekturfaktor, der kleiner 1 und größer Null ist, kann beispielsweise dann berechnet werden, wenn ein laufender Strang mit unterschiedlich schweren Lasten benutzt wird, oder wenn einige Strangsegmente eines laufenden Strangs eine gleiche Anzahl an Biegewechseln wie andere Strangsegmente aufweisen, jedoch über ein Strangführungsmittel geführt wurden, das einen geringeren Durchmesser aufweist als dasjenige, über das die anderen Strangsegmente geführt wurden. Je höher die Last oder je kleiner ein Strangführungsmitteldurchmesser, desto höher ist ein Verschleiß eines laufenden Strangs bzw. der betroffenen Strangsegmente und desto geringer ist die Restbetriebsdauer oder die Restlebensdauer des laufenden Strangs.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Verschleißzustand für jede Änderung einer Lastposition Li ermittelt werden. Vorteilhaft wird ein dynamisches Verfahren ausgebildet, das die tatsächlichen Änderungen von Lastpositionen berücksichtigt und dadurch im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eine genauere Bestimmung des Verschleißzustands ermöglicht.
  • Zweckmäßigerweise wird die Position eines jeden Strangsegments des mindestens einen laufenden Strangs anhand einer Position eines den mindestens einen laufenden Strang führenden Strangführungsmittels und/oder einer Bewegungsgeschwindigkeit eines den mindestens einen laufenden Strang führenden Strangführungsmittels bei der Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1 ermittelt.
  • Dazu kann von ein einer Sensoreinrichtung, mit der die Vorrichtung versehen ist, und die einen Sensor zur Bestimmung einer Bewegungsgeschwindigkeit eines Strangführungsmittels umfasst, bei Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1 nach festgelegten Zeitschritten Δt zu Zeiten tj jeweils eine Position der Strangsegmente ermittelt werden, indem bekannte geometrische Parameter des Strangführungsmittels und/oder eine Drehgeschwindigkeit des Strangführungsmittels herangezogen werden.
  • Beispielsweise wird bei einem Turmdrehkran ein Hubweg, um den eine Last angehoben wird, durch eine Anzahl an Umdrehungen einer Seiltrommel, auf die ein eine Hublast tragendes Hubseil beim Anheben aufgewickelt wird, und deren Durchmesser sowie weitere geometrische Parameter festgelegt. Dadurch kann für jedes Strangsegment dessen Position zu jedem Zeitpunkt tj bei der Änderung der Hublastposition Li in die darauffolgende Hublastposition Li+1 bestimmt werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Belastungsklassenrestlebensdauer und/oder eine Belastungsklassenrestbetriebsdauer für jede Belastungsklasse ermittelt, und daraus wird eine Restlebensdauer und/oder eine Restbetriebsdauer der Strangsegementgruppe ermittelt.
  • Vorteilhaft kann innerhalb einer Strangsegmentgruppe festgestellt werden, welche Belastungsklasse die Restlebensdauer und/oder eine Restbetriebsdauer der Strangsegementgruppe maßgeblich bestimmt. Vorteilhaft ist eine Korrektur einer ausschließlich auf einer Biegewechselzahlbestimmung basierenden Restlebensdauer und/oder eine Restbetriebsdauer möglich. Es wird ein besonders genaues Verfahren geschaffen, bei dem der Verschleißzustand einem Benutzer verständlich anzeigbar ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Verschleißzustand des mindestens einen laufenden Strangs in der Lastposition Li+1 ausgehend von der Lastposition Li ermittelt. Zur Bestimmung des Verschleißzustandes des mindestens einen laufenden Strangs wird lediglich eine Veränderung gegenüber einem bestehenden Verschleißzustand betrachtet. Vorteilhaft wird ein besonders effizientes Verfahren ausgebildet.
  • Beispielsweise kann ein Verschleißzustand in der Lastposition Li eine verbleibende Anzahl an Biegewechseln bis zum Erreichen der sogenannten Ablegereife des laufenden Strangs sein. Eine verbleibende Anzahl an Biegewechseln bis Erreichen der Ablegereife in der Lastposition Li+1 ergäbe sich aus derjenigen in der Lastposition Li abzüglich einer Anzahl an Biegewechseln, die durch Verschleiß bei der Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1 ermittelt wird.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Verschleißzustand des mindestens einen laufenden Strangs anhand einer Schadenshypothese ermittelt, für die eine Bewegung des mindestens einen laufenden Strangs sowie eine auf den mindestens einen laufenden Strang wirkende Kraft bei der Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1 berücksichtigt werden.
  • Eine Schadenshypothese kann eine Gleichung sein, in die Werte ermittelter Verschleißparameter eingesetzt werden und die eine Restlebensdauer oder eine Restbetriebsdauer als Funktion der Verschleißparameter ausgibt. Beispiele für Schadenshypothesen finden sich beispielsweise im zuvor genannten Buch von Klaus Feyrer, "Drahtseile - Bemessung, Betrieb, Sicherheit", dort insbesondere in Kapitel 3.4 - Allgemeine Berechnungsmethode für Seiltriebe.
  • Je nach Anwendungsfall können komplexere Schadenshypothesen, die zusätzlich tatsächlich auf den laufenden Strang wirkende Kräfte für jedes Strangsegment berücksichtigen. Diese Kräfte können Reibungskräfte zwischen dem Strang und einem Strangführungsmittel sein, oder Querkräfte, die aufgrund einer Strangführung durch das Strangführungsmittel auftreten. Denkbar ist, dass durch Hinzunahme geometrischer Parameter der Strangführungsmittel wie deren Durchmesser oder eine Rillentiefe und/oder -breite Korrekturfaktoren ermittelt werden, die den Verschleißzustand maßgeblich bestimmen, das heißt insbesondere eine Restbetriebsdauer und/oder eine Restlebensdauer herabsetzen.
  • Zweckmäßigerweise wird der Verschleißzustand des mindestens einen laufenden Strangs im Betrieb der Vorrichtung fortlaufend ermittelt.
  • Vorteilhaft kann sich eine mit einer Wartung oder Inspektion des mindestens einen laufenden Strangs befasste Person auf diejenigen Strangabschnitte konzentrieren, die besonders verschlissen wurden. Weiter vorteilhaft wird ein Echzeitverfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustandes des mindestens einen laufenden Strangs ausgebildet.
  • Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten, statischen Verfahren, wo Annahmen über mögliche Lastpositionen getroffen werden müssen, um eine Restbetriebsdauer oder Restlebensdauer eines laufenden Strangs zu bestimmen, ermöglicht eine kontinuierliche Echtzeitermittlung des Verschleißzustands vorteilhaft eine genauere Lebensdauer- oder Betriebsdauervorhersage sowie die Möglichkeit, solche Strangabschnitte zu identifizieren, die besonders verschlissen sind. Diese können beispielsweise zusätzlich intensiv sichtgeprüft werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird für jeden laufenden Strang einer Hubvorrichtung, die mehrere laufende Stränge aufweist, ein Verschleißzustand eines Hubstrangs und/oder eines Verstellstrangs der Hubvorrichtung in der Lastposition Li+1 bestimmt, vorzugsweise derart, dass Wechselwirkungen der mehreren laufenden Stränge berücksichtigt werden.
  • Bei einer Hubvorrichtung ist eine Lastposition eine räumliche Anordnung einer Hublast.
  • Ein laufender Strang kann ein Hubstrang sein, während ein weiterer laufender Strang ein Verstellstrang der Hubvorrichtung sein kann.
  • Derzeit bekannte Verfahren zur Bestimmung eines Verschleißzustands mindestens eines laufenden Strangs betreffen üblicherweise ausschließlich den Verschleißzustand des Laststrangs ohne Berücksichtigung von Verschleiß, den der Hubstrang aufgrund einer Bewegung des Verstellstrangs erfährt. Der Verstellstrang wird üblicherweise bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht betrachtet und lediglich einer regelmäßigen, zeitintensiven Sichtprüfung unterzogen, während der die Hubvorrichtung nicht benutzbar ist.
  • Wechselwirkungen von Strängen treten beispielsweise dann auf, wenn durch eine erste Bewegung eines Verstellstrangs ein Strangführungsmittel, das einen Hubstrang führt, seine räumliche Position derart verändert, dass der Hubstrang beispielsweise durch eine zweite Bewegung, die eine vertikale Hublastbewegung sein kann, mehr Biegewechsel erfährt als ohne Berücksichtigung der ersten, horizontalen Bewegung des Strangführungsmittels.
  • Ein Verschleißzustand des Hubstrangs in der Lastposition Li+1 kann durch Überlagerung von Verschleißzuständen, die durch die beiden Bewegungen, die unabhängig voneinander betrachtet werden können, ermittelt werden.
  • Es versteht sich, dass mehr als zwei unabhängige Bewegungen denkbar sind.
  • Vorteilhaft ist eine besonders genaue Bestimmung eines Verschleißzustands der laufenden Stränge der Hubvorrichtung möglich und damit eine besonders zuverlässige Bestimmung einer Restlebensdauer und/oder einer Restbetriebsdauer, nach der ein Austausch des zumindest einen Strangs erfolgen muss.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für solche Hubvorrichtungen vorteilhaft, die beispielsweise mehrere angetriebene Strangtrommeln wie Seiltrommeln aufweisen, beispielsweise Turmdrehkräne, Wipp-, Mobil-, Raupen- oder Containerverladekräne.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Verfahren als computerimplementiertes Verfahren ausgebildet.
  • Dazu kann der Computer eine Datenbank aufweisen, in der Positionen von Strangführungsmitteln, die veränderbaren Positionen der Strangsegmente, sowie geometrische Parameter des benutzten laufenden Strangs und der Strangführungsmittel hinterlegt sind.
  • Bei Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1 kann anhand der in der Datenbank hinterlegten Daten eine Positionsänderung eines jeden Strangsegments bereits während der Positionsänderung bestimmt werden. Es kann außerdem eine Veränderung einer räumlichen Position eines Strangführungsmittels berücksichtigt werden.
  • Wird bei dieser Positionsänderung beispielsweise eine verschleißrelevante Bewegung eines der Strangsegmente, beispielsweise über ein Strangführungsmittel, festgestellt, erfolgt für dieses Strangsegment ein Eintrag in die Datenbank in einen Strangsegmentdatensatz. Beispielweise kann für ein Aufwickeln eines Strangsegments auf eine Trommel der Strangsegementdatensatz um eine Biegewechselzahl von 0,5 ergänzt werden.
  • Für die Strangsegmente oder für Strangabschnitte, die Strangsegmente mit gleichen Verschleißparametern aufweisen, wird ein Verschleißzustand berechnet und ein Ausgangssignal erzeugt und ausgegeben. Dazu können verschiedene Verschleißparameter sowie Berechnungsmethoden zur Bestimmung des Verschleißzustands, beispielsweise Schadenshypothesen, anhand der Verschleißparameter in der Datenbank hinterlegt sein.
  • Es versteht sich, dass verschleißrelevante geometrische Parameter eines der Strangführungsmittel, die ein Strangsegment bei der Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1 passiert hat, den Strangsegmentdatensatz ergänzen können.
  • Es versteht sich außerdem, dass Strangsegmentgruppen und/oder Belastungsklassen gebildet und in der Datenbank hinterlegt werden können, wobei ein Parameter des Strangsegmentdatensatzes dessen Zugehörigkeit zu einer Strangsegmentgruppe und/oder einer Belastungsklasse ist.
  • Das Ausgangssignal kann eine verbleibende Biegewechselzahl bis zum Erreichen der Ablegereife oder eines Strangversagens oder eine verbleibende Anzahl an Lasthüben sein. Zweckmäßigerweise wird der mindestens eine Verschleißparameter und/oder der Verschleißzustand des mindestens einen laufenden Strangs grafisch über eine Länge des laufenden Strangs auf einem Anzeigebildschirm angezeigt, vorzugsweise während oder nach einer jeden Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1.
  • Eine solche grafische Darstellung kann ein Diagramm sein, bei dem der mindestens eine Verschleißparameter und/oder der Verschleißzustand als Funktion einer Strangposition zwischen 0 und einer Gesamtlänge L des laufenden Strangs angezeigt wird.
  • Denkbar ist, dass eine Anzeige als Funktion der Strangsegmente erfolgt, wobei ein erstes Strangsegment an der Position 0 beginnt ein letztes Strangsegment an der Position L (Gesamtlänge des Strangs) endet.
  • Vorteilhaft ist eine Echtzeitüberwachung des laufenden Strangs möglich, bei der weiter vorteilhaft besonders belastete Strangbereiche leicht erkennbar sind.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Veränderung des mindestens einen Verschleißparameters und/oder des Verschleißzustands des mindestens einen laufenden Strangs während der Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1 grafisch über eine Länge des laufenden Strangs kontinuierlich auf einem Anzeigebildschirm angezeigt.
  • Eine solche grafische Darstellung kann ein sich nach einem jeden Zeitschritt Δt veränderndes Diagramm sein, bei dem der mindestens eine Verschleißparameter und/oder der Verschleißzustand als Funktion einer Strangposition zwischen 0 und einer Gesamtlänge L des laufenden Strangs angezeigt wird. Δt ist ein Zeitschritt, nach dem eine Positionsbestimmung von Strangsegmenten während einer Änderung der Lastposition Li zu Li+1 erfolgt.
  • Vorteilhaft kann Verschleiß in Echtzeit bereits während der Änderung einer Lastposition verfolgt werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Verfahren als Simulationsverfahren ausgebildet ist, bei dem eine Vorhersage eines Verschleißzustands eines laufenden Strangs bei Änderung einer Lastposition Li einer bewegten Last in eine darauffolgende Lastposition Li+1 erfolgt.
  • Ist ein erfindungsgemäßes Verfahren als Simulationsverfahren ausgebildet, kann ein Konstrukteur einer Hub- oder Verschlussvorrichtung verschiedene Lastfälle simulieren und einen Verschleißzustand eines laufenden Strangs der Hub- oder Verschlussvorrichtung ermitteln. Anhand eines Simulationsergebnisses ist denkbar, dass eine Konstruktion der Hub- oder Verschlussvorrichtung derart geändert wird, dass bei gleichen Lastfällen eine länger Restbetriebsdauer oder eine längere Restlebensdauer des laufenden Strangs erreicht wird. Dazu können zum Beispiel Strangführungsmittel wie Seilscheiben geometrisch verändert werden, oder deren räumliche Position innerhalb der Hub- oder Verschlussvorrichtung kann verändert werden.
  • Vorteilhaft ist durch ein als Simulationsverfahren ausgebildetes erfindungsgemäßes Verfahren eine auf Strangverschleiß optimierte Auslegung einer Hub- oder Verschlussvorrichtung möglich.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die insbesondere eine Hubvorrichtung oder eine Verschlussvorrichtung ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Antriebseinrichtung zur Bewegung des mindestens einen laufenden Strangs umfasst und zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
  • Eine Antriebseinrichtung ist zur Bewegung des mindestens einen laufenden Strangs vorgesehen und wäre beispielsweise bei einem Kran ein Trommelantrieb, das heißt eine angetriebene Seiltrommel, auf die ein laufendes Hubseil auf- und abgewickelt werden kann.
  • Es ist nicht erforderlich, dass die Vorrichtung selbst eine Auswerteinrichtung wie einen Computer aufweist. Denkbar ist, dass lediglich Sensordaten der Vorrichtung gesammelt und durch eine Übertragungseinrichtung drahtlos an die Auswerteinrichtung übermittelt werden, wobei die Auswerteinrichtung zur Bestimmung des Verschleißzustandes, der eine Restlebensdauer und/oder eine Restbetriebsdauer des mindestens einen laufenden Strangs sein kann, eingerichtet ist.
  • Vorteilhaft können Sensordaten verschiedener betriebener Vorrichtungen zentral gespeichert und verarbeitet werden. Insbesondere kann eine Datenbank vorgesehen sein, in der sämtliche Sensordaten gespeichert werden. Denkbar ist, dass historische Sensordaten zur Bestimmung des Verschleißzustandes des mindestens einen laufenden Strangs mit neuen oder bisher nicht verwendeten Vorhersagemodellen oder Schadenshypothesen benutzt werden. Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren im kontinuierlichen Betrieb der Vorrichtung derart angepasst werden, dass eine noch genauere Bestimmung des Verschleißzustandes möglich ist.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung mindestens einen Verstellstrang und/oder mindestens einen Hubstrang auf. Vorteilhaft ist eine Bestimmung eines Verschleißzustands von laufenden Strängen selbst für komplexe Vorrichtungen mit vielen Strängen, beispielsweise für Kräne wie Turmdrehkräne, Containerverladekräne oder andere Hubvorrichtungen, zuverlässig möglich.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten, sich auf die Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen, näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die als Hubvorrichtung ausgebildet ist, in fünf verschiedenen Hublastpositionen L1 bis L5,
    Fig. 2
    Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, die als Hubvorrichtung ausgebildet ist, und die ein laufendes Verstellseil aufweist, in zwei Hublastpositionen L1 und L2,
    Fig. 3
    Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Verschleißzustands mindestens eines laufenden Strangs.
  • Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Fig. 3 sowie eine Ermittlung einer Restlebensdauer und einer Restbetriebsdauer wird an in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen, die einfache Hubvorrichtungen zeigen, erklärt.
  • Ein in Fig. 1 schematisch gezeigte, als Kran ausgebildete Hubvorrichtung 1 umfasst ein laufendes Hubseil 2 mit einer Gesamtlänge L, das über eine drehbare Seilscheibe 3 umgelenkt wird, wobei ein Umschlingungswinkel 90 Grad beträgt. Dies bedeutet, dass das Hubseil 2 durch die Seilscheibe 3 um 90 Grad umgelenkt wird. Das laufende Hubseil 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel als geschlagenes Drahtseil ausgebildet.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Ermittlung eines Verschleißzustands, insbesondere zur Vorhersage einer Restlebensdauer und/oder einer Restbetriebsdauer, mindestens eines laufenden Strangs (2; 2a, 18) einer den mindestens einen laufenden Strang zu deren bestimmungsgemäßer Verwendung nutzenden Vorrichtung (1; 1a), bei dem im Betrieb der Vorrichtung eine Position von Strangsegmenten (12; 12a, 23) des mindestens einen laufenden Strangs (2; 2a, 18) ermittelt wird, wobei für jedes Strangsegment (12; 12a, 23) des mindestens einen laufenden Strangs (2; 2a, 18) bei Änderung einer Lastposition Li einer mit der Vorrichtung (1; 1a) bewegten Last (6, 9; 6a) in eine darauffolgende Lastposition Li+1 zumindest ein Verschleißparameter bestimmt wird, aus dem der Verschleißzustand des mindestens einen laufenden Strangs (2; 2a, 18) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet,
    dass benachbarte Strangsegmente (12; 12a, 23) des mindestens einen laufenden Strangs (2; 2a, 18) mit gleicher Biegewechselzahl zu einem eine Strangsegmentgruppe (S1-S5) bildenden Strangabschnitt (13-17; 13a, 14a, 15a) zusammengefasst werden und innerhalb einer jeden Strangsegmentgruppe (S1-S5) Belastungsklassen (K1, K2) gebildet werden, wobei Strangsegmente (12; 12a, 23) gleicher Verschleißbeanspruchung, insbesondere über gleich große Strangführungsmittel geführte und/oder mit gleicher Längskraft belastete Strangsegmente, eine Belastungsklasse (K1, K2) bilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für jedes der Strangsegmente (12; 12a, 23) der mindestens eine Verschleißparameter, insbesondere eine Biegewechselzahl und/oder eine auf das Strangsegment wirkende Längskraft, ermittelt wird, und daraus für jedes Strangsegment (12; 12a, 23) eine Restlebensdauer und/oder eine Restbetriebsdauer ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Belastungsklassenrestlebensdauer und/oder eine Belastungsklassenrestbetriebsdauer für jede Belastungsklasse (K1, K2) ermittelt wird, und daraus eine Restlebensdauer und/oder eine Restbetriebsdauer der Strangsegementgruppe (S1-S5) ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Restlebensdauer und/oder die Restbetriebsdauer des laufenden Strangs (2; 2a, 18) anhand einer Restlebensdauer und/oder einer Restbetriebsdauer derjenigen Strangsegmentgruppe (S1-S5) mit der geringsten Strangsegmentrestlebensdauer und/oder der geringsten Strangsegmentrestbetriebsdauer ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Verschleißzustand des mindestens einen laufenden Strangs (2; 2a, 18) anhand einer Schadenshypothese ermittelt wird, für die eine Bewegung des mindestens einen laufenden Strangs (2; 2a, 18) und eine auf den mindestens einen laufenden Strang wirkende Kraft bei der Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1 berücksichtigt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für jeden laufenden Strang (2a, 18) einer Hubvorrichtung (1a), die mehrere laufende Stränge (2a, 18) aufweist, ein Verschleißzustand eines Hubstrangs (2a) und/oder eines Verstellstrangs (18) der Hubvorrichtung (1a) in der Lastposition Li+1 bestimmt wird, vorzugsweise derart, dass Wechselwirkungen der mehreren laufenden Stränge (2a, 18) berücksichtigt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verfahren als computerimplementiertes Verfahren ausgebildet ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Verschleißparameter und/oder der Verschleißzustand des mindestens einen laufenden Strangs (2; 2a, 18) grafisch über eine Länge des laufenden Strangs auf einem Anzeigebildschirm angezeigt wird, vorzugsweise während oder nach einer jeden Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Veränderung des mindestens einen Verschleißparameters und/oder des Verschleißzustands des mindestens einen laufenden Strangs (2; 2a, 18) während der Änderung der Lastposition Li in die darauffolgende Lastposition Li+1 grafisch über eine Länge des laufenden Strangs kontinuierlich auf einem Anzeigebildschirm angezeigt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verfahren als Simulationsverfahren ausgebildet ist, bei dem eine Vorhersage eines Verschleißzustands eines laufenden Strangs während oder nach der Änderung der Lastposition Li einer bewegten Last (6, 9; 6a) in die darauffolgende Lastposition Li+1 erfolgt.
  11. Vorrichtung, insbesondere Hubvorrichtung (1; 1a) oder Verschlussvorrichtung, die mindestens einen laufenden Strang (2; 2a, 18), ein Strangführungsmittel (3, 5; 3a, 5a, 21, 22) für den mindestens einen laufenden Strang (2; 2a, 18) und eine zumindest einen Sensor (10, 11; 10a, 11a, 24) umfassende Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Bewegungsgeschwindigkeit des Strangführungsmittels und/oder einer auf den mindestens einen Strang wirkenden Kraft aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung (1; 1a) mindestens eine Antriebseinrichtung (5; 5a, 22) zur Bewegung des mindestens einen laufenden Strangs (2; 2a, 18) umfasst und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung (1; 1a) mindestens einen Verstellstrang (18) und/oder mindestens einen Hubstrang (2; 2a) aufweist.
EP23777279.3A 2022-10-19 2023-09-27 Verfahren zur ermittlung eines verschleisszustands, insbesondere zur vorhersage einer restlebensdauer und/oder einer restbetriebsdauer, mindestens eines laufenden strangs einer den mindestens einen laufenden strang zu deren bestimmungsgemässer verwendung nutzenden vorrichtung und vorrichtung Active EP4408783B1 (de)

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