JP5932840B2 - 吊上装置に使用される高強度繊維ロープの廃棄状態を識別するための装置及びそれを備えたクレーン - Google Patents

Description

本発明は、概して、鋼製ロープの代わりに高強度繊維ロープを使用する、クレーン等の吊上装置に関する。本発明は、特に、このような吊上装置に使用される高強度繊維ロープの廃棄状態を識別するための装置に関し、この識別装置は、少なくとも１つのロープパラメータを検出する検出装置と、このロープパラメータを評価し、このロープパラメータの評価結果に応じて廃棄信号を供給する評価装置とを備える。

近年、長年にわたっての使用実績のある鋼製ロープに代えて、アラミド繊維（ＨＰＭＡ）、アラミド／カーボン混紡繊維、高弾性ポリエチレン繊維（ＨＭＰＥ）、又はポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）繊維（ＰＢＯ）などの合成繊維によってできた高強度繊維ロープをクレーンに使用する試みがなされている。このような高強度繊維ロープの利点は、軽量であることにある。直径が同じで抗張力が同じか、より高い高強度繊維ロープは、同等の鋼製ロープに比べて大幅に軽量である。したがって、特に、高さに応じた長いロープを備える高いクレーンにおいては、重量の大幅な軽減が達成される。この重量の軽減はクレーンの自重に考慮されるので、結果、その他の点でクレーンの構造設計を変更することなく、吊上能力をより大きくできる。

しかしながら、このような高強度繊維ロープの欠点はその破断挙動、すなわち、実質的に兆候をより長い時間示すことなく破損することである。鋼製ロープでは、摩耗は明らかに目視できるうえ、例えば個々の鋼製ワイヤの破断や、対応する容易に確認される外への広がりというかたちで、破損の兆候が長期間にわたって示される。これに対し、高強度繊維ロープでは、実際に破損する前に、過度の摩耗の兆候を目視で確認できるようなかたちで示すことも、そのような兆候をより長期間にわたって示すようなこともほとんどない。そのため、高強度繊維ロープの廃棄状態を早めに識別するために、高度な監視手段が必要とされている。

独国特許発明１９９５６２６５号明細書には、クレーン上の巻上ウインチの作動を監視するための装置であって、巻上ロープのロープ荷重とロープウインチ上の巻上ロープのレバーアームを監視し、これによってロープウインチにかかる荷重を判定し、判定された荷重は荷重スペクトル計数器に保存される装置が記載されている。この荷重スペクトル計数器は、前記巻上ウインチと一体化されており、巻上ウインチの取外し及び再取付けの際にも、巻上ウインチの経過情報を遡ることが可能なように維持する。欧州特許出願公開第０７４９９３４号明細書には、別の荷重スペクトル計数器が記載されている。この計数器は、荷重の変化を判定し、巻上ウインチにかかるロープ荷重を荷重変化ごとに判定し、それによって荷重スペクトルを計算し、いわゆるヴェーラー曲線を考慮したうえで、巻上ウインチの残りの耐用年数を計算して表示する。

しかしながら、このような巻上ウインチ監視手段では、真に信頼できる高強度繊維ロープの残りの耐用年数、すなわち廃棄状態を知り得ない。なぜなら、高強度繊維ロープは、例えばプーリブロックにおけるたわみや屈曲による負荷や、外部からロープに与えられる打撃、ロープに接触する部品の表面の汚れなどの、摩耗に影響するさまざまな負荷や損傷を受けるが、これらの負荷や損傷はウインチの負荷とは無関係だからである。一方、高強度繊維ロープの耐用寿命と摩耗は使用条件とロープに与えられる外的影響によって大きく変動するので、高強度繊維ロープの耐用年数を硬直的に標準化することは、実際の耐用年数の経済的利用及び求められる安全性と実務上両立しない。

上記の点に鑑み、本発明は、従来技術の欠点を回避しつつ従来技術を有利な方法でさらに発展させた、高強度繊維ロープの廃棄状態を判定するための装置を提供することを基本的な目的とする。好ましくは、安全性を損なうことなく高強度繊維ロープの残りの耐用寿命を経済的に利用する、信頼度が高く正確な廃棄状態判定が可能となる。この廃棄状態判定には、建設機械の厳しい使用条件下においても確実に作動する簡易な検出装置が使用され、これにより上記目的が達成される。

この目的は、本発明の請求項１に記載の装置によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明の有利な一態様によれば、１つの基準に依拠して廃棄状態を判定するのではなく、検出するのが困難な兆候に係る問題を回避することが提案される。具体的には、繊維ロープに関連するさまざまなパラメータの変化を監視し、個別の１パラメータにおいてより大きな変化が起きたとき、又は、複数のパラメータにおいてより小さな変化が起きたときに廃棄状態を判定することが提案される。本発明によれば、廃棄状態識別装置の検出装置は、複数の異なるロープパラメータを磁気的、力学的、光学的及び／又は電子的に検出するための、異なる構成を有する複数の検出手段を備え、前記複数の異なるパラメータは、廃棄状態を識別すべく、評価装置によって単独で又は互いに組み合わせて評価される。横断方向の圧縮剛性及び断面の変化、あるいは、これに代わって又は加えて、ロープの伸長及びロープの磁気特性、又は、力学的、光学的及び／又は電子的なロープパラメータを廃棄状態の判定に使用することは、ロープの摩耗又は廃棄状態を示すパラメータは、繊維ロープへの負荷や影響に左右され、ケースバイケースで異なり得るという考察、又は、廃棄状態が実際には、たった１つのパラメータのより大きな変化によってではなく、むしろ複数のパラメータの小さな変化によって示され得るという考察に基づいている。

本発明のさらなる発展においては、前記評価装置は、検出された前記ロープパラメータの少なくとも１つ又は前記ロープパラメータの変化が、関連する限界値を超えたとき又は下回ったとき、及び間接的ロープパラメータ又は検出された前記ロープパラメータのすべて又はサブグループから導かれる間接的ロープパラメータの変化が、関連する限界値を超えたとき又は下回ったときに、廃棄信号を供給するように構成されている。

本発明の別のさらなる発展においては、前記評価装置が、複数のロープパラメータ自体の変化を検出及び検査、又は限界値と比較するだけでなく、前記複数のロープパラメータの依存関係をも考慮するように構成されている。例えば、１つのロープパラメータの許容変化及び／又は許容限界値は、別のロープパラメータに規定の変化が起きたときに、変更され得る。特に、疲労又は損傷のより複雑な現象がこれにより検出可能であり、廃棄状態が識別される。例えば、横断方向の圧縮剛性の増大にはロープ直径の減少が伴うと仮定される場合、前記評価装置が横断方向の圧縮剛性の増大を検出したときには、ロープ直径の限界値を下げ、及び／又は、ロープの許容直径の望ましい範囲を狭めることが可能である。その後、測定によって、ロープの直径が下方修正された限界値よりも小さい、及び／又は、狭めた望ましい範囲内にないと判定されたときには、廃棄信号が出力され得る。同様に、これの代わりに又は加えて、前記評価装置は、最も変化の大きいロープパラメータのさらなる依存関係を考慮することも可能である。例えば、より高い屈曲剛性のあるときにはロープがより伸長することが予想されるといった、上述のロープの剛性と伸長の依存関係が対応する限界値に考慮される。

この場合、本発明のさらなる発展においては、さまざまなロープパラメータを使用することができる。本発明のさらなる態様によれば、横断方向の圧縮剛性における変化又はロープの断面の変化を監視し、この変化を廃棄状態の指標として使用することが提案される。ロープの変化を検出するための検出装置は、特に、横断方向の圧縮剛性又はロープ断面を判定するために、横断方向の圧縮剛性判定手段及び／又は断面判定手段を備え得、前記評価装置は、横断方向の圧縮剛性における変化又はロープの断面の変化を監視し、必要に応じて廃棄信号を供給する。

高強度繊維ロープを長時間にわたって試験すると、負荷及び屈曲サイクル数が増加するにつれて、横断方向の圧縮剛性に特徴的な変化、特に、増大が見られる。したがって、横断方向の圧縮剛性の変化の程度は、また、廃棄時期の設定に有利に使用され得る。この場合、横断方向の圧縮剛性の増大には、ロープ直径の減少が伴う。ロープには、より高い屈曲剛性が付与され得、及び／又は永続的で測定可能な伸長が起こり得る。特に、横断方向の圧縮剛性の変化の、ロープ直径の変化に対する依存は検出可能であり、特に、横断方向の圧縮剛性の増大は、ロープ直径の減少によって検出できる。この代わりに又はこれに加えて、ロープの剛性の変化のロープ長さに対する依存関係を判定可能であり、特に、ロープ長さの増大に依存するロープ剛性の増大を判定できる。この場合、廃棄信号は、概ね、監視した横断方向の圧縮剛性又はロープ断面に応じて出力される。しかしながら、より正確な廃棄状態の判定は、他のロープパラメータを考慮することによって可能となると有利である。

この場合、前記ロープの横断方向の圧縮剛性は、概ねさまざまな方法で判定可能である。本発明のさらなる有利な発展においては、ドラムの直径、ロープの直径、ロープの仕様、引張力から算出されたデータが測定の根拠として使用され得、又は、測定プロセスがドラムの直径、ロープの直径、ロープの仕様、引張力から算出された前記データに応じて制御され得、対応する測定パラメータが設定され得る。前記横断方向の圧縮剛性は、特に、規定の引張荷重をかけて、実行され得る。前記規定の引張荷重は、吊上装置の用途に合わせて、実際に起こる引張荷重の範囲から選択され得ると有利である。ロープの損傷又は疲労の現象は、ロープに引張荷重をかけた状態での横断方向の圧縮剛性を判定することによって、より良好に判定できる。

本発明のさらなる発展においては、横断方向の圧縮剛性を判定するために、ロープの一部分又は複数の部分に横断方向の力がかけられ、特に、クランプされ得、横断方向の力がかかった状態での半径の変化及び／又は断面の変化が検出又は判定される。この場合、規定の横断方向の力をかけた状態で、断面又は直径の変化が測定され、及び／又は、代わりに、断面及び／又は直径に規定の変化を起こすために必要な横断方向の力が測定される。代わりに又は加えて、横断方向の力を変化させて、それに応じて起こる断面又は直径の変化を判定することも可能であり、及び／又は、その代わりに、さまざまな断面又は直径の変化を起こすために必要な力を測定することも可能である。

本発明のさらなる有利な発展においては、横断方向の圧縮剛性を判定するために、前記ロープは、互いに対向する２つのクランプ具の間に導入される。これらのクランプ具は、それぞれロープ用の溝を備えると有利である。前記クランプ具は適切な調節装置によって互いに向けて押されており、前記ロープは、前記クランプ具に挟まれる。

この場合、ロープの断面は、概して、さまざまな方法で検出され得る。前記ロープ断面判定手段は、直径検出手段を備えると有利である。この直径検出手段は、少なくとも２つの異なる平面においてロープの直径を検出し、検出した２つの直径からロープの断面積を判定する。このようなロープの一部分の検出又は複数の平面における複数のロープ部分の検出は、前記横断方向の圧縮剛性の判定においても実行され得る。具体的には、例えば、異なる平面において互いに連携するように配置される複数対のクランプ具によって、ロープの各部分が同時に又は連続して挟まれる。１つの平面において判定された１つの直径のみからロープの断面積を判定又は導き出すことも想定できることは明白である。しかしながら、ロープの断面形状又は断面積は、互いにほぼ垂直な異なる平面において判定された２つのロープ直径から判定されると有利である。このようにすることで、繊維ロープの強度を損なわない、断面の変化及び／又は変形を考慮に入れることができ、早まって摩耗と見なしてしまうことが回避される。高強度繊維ロープは、例えば、ロープローラー又はロープウインチにおいて起こるような横断方向の荷重を受けると、断面が楕円形になる。すなわち、当初は元々円形である断面が、平らに押しつぶされるように変化するが、このこと自体はまだ、繊維ロープの耐久性又は強度を損なうことはない。しかしながら、ロープの断面が変化して断面積の減少に至る場合は、摩耗の始まりの表れであると考えるのが有利である。評価装置は、特に、ロープの断面が規定のテーパ状となったことを示す場合、又は、ロープの断面積の減少が規定の測定値を超えた場合に、廃棄信号を供給する。

この場合、直径の判定はさまざまな方法で行われ得る。例えば、光の照射と、影の幅を検出するための連携したセンサとによる光学的標本抽出が可能である。しかしながら、本発明のさらなる発展においては、対向する側から力学的な標本抽出をすることによって、直径が判定される。弾性的予荷重をかけ得る少なくとも１対のクランプ手段が、好ましくは、ロープローラーとして設けられ、このロープローラーは、前記繊維ロープに対して押圧され得る。又は、１対のクランプ手段は、ロープ用溝を備えるクランプ具として設けられ、このクランプ具は、ロープに適用された状態でクランプ手段どうしの間の距離を測定する距離測定装置と連携する。

本発明のさらなる有利な発展においては、横断方向の圧縮剛性の判定とロープ断面又は直径の判定とが、同じ１対のクランプ手段又は同じ複数対のクランプ手段によって行われることにより、測定時間が短縮され、種々のクランプを設けることが回避される。例えば、直径又は断面のみの判定は十分に弱い横断方向の押圧力で行え、この横断方向の押圧力を増大させて横断方向の圧縮剛性を測定することができる。

ロープのゆがみによって直径の判定が狂わされることがないように、前記の標本を抽出する手段は可動に吊り下げられおり、ロープに適用された状態で、ロープの動き、特に横断方向のロープの動きに合わせて動く。ロープローラーとして備えられる、予荷重をかけることが可能な前記のクランプ手段は、ロープに望ましくないゆがみがあるときでもロープ直径を正確に判定すべく、互いの方向にも、また、ロープの長手方向の長さを横断する方向及び／又は長さに平行な方向にも動くことが可能である。

ロープの測定は、断面積の判定において、断面が円形であるための誤差を無くすために、少なくとも２つの平面において行われると有利である。この目的のために、例えば、２対のロープローラー又は２対のクランプ具が、互いに垂直な平面に設けられ、各対で弾性的に挟むように構成されている。

本発明のさらなる発展においては、前記横断方向の圧縮弾性又は断面積又は断面形状に代わって又は加えて、他のロープパラメータが使用できる。本発明のさらなる態様によれば、前記繊維ロープに埋設され、且つ、ロープとは異なる材料を含むインジケータ部の変化が、有利な方法で監視される。前記繊維又は前記ロープ自体の繊維撚り線における変化は、検出するのが困難であるが、繊維の撚り線の芯に埋設可能な、又は、撚り線と撚り線の間に配置可能なインジケータ部を介して、このような変化を検出できる。特に、前記繊維撚り線又は繊維ロープよりもインジケータ部が早く変化するように、及び／又は、インジケータ部の変化がより容易に検出できるように、インジケータ部の構成及び／又は材料が選択されているときは、インジケータ部を介して、前記繊維又は前記ロープの繊維撚り線の変化を検出できる。この場合、繊維ロープ内のインジケータ部を監視することもまた、他のパラメータを監視しなくても、そのこと自体が特別な効果を奏する。

前記インジケータ部は、磁場に影響する、及び／又は、磁気伝導性を有する、及び／又は、磁化可能な材料、好ましくは、金属製の連続した部分を含んでいてもよい。この場合、前記検出手段は、磁気的に作動するように構成され、特に磁気センサを備え得、この磁気センサによって前記インジケータ部の磁気特性が判定され得ると有利である。前記インジケータ部の磁気特性は、特に、インジケータ部が破断すると変化するので、対応する磁束又は磁場の変化が容易に検出され、摩耗の指標として使用できる。磁気伝導性を有するインジケータ部が破断した場合、その破断は、磁気伝導性の監視、又は磁場の対応する遮断によって検出できる。

前記インジケータ部と連携する検出手段を、このような磁気的に作動する構成にすることに代わって又は加えて、前記インジケータ部の変化を異なった方法で監視すること及び他の監視原理を任意に使用することも可能である。例えば、前記インジケータ部が導電性を有するように構成し、繊維ロープ又はこのロープ内に設けられたインジケータ部の導電性をしかるべく構成された検出手段を使用して監視することも可能である。代わりに又は加えて、前記インジケータ部の熱伝導性を監視することも可能であろう。この場合は、インジケータ部は、熱伝導性の高い材料、例えば、銀ワイヤで構成されると有利である。

前記繊維ロープに埋設され、且つ、ロープの繊維とは異なる材料を含む前記インジケータ部は、ロープへの負荷、伸長、引張、屈曲、ねじれ、紫外線照射、吸水及び／又は温度に対して、繊維ロープよりも耐性が低いように構成されると有利である。これは、繊維ロープ又は繊維撚り線が破損するよりも相当早く、インジケータ部が破損するようにすることを目的としている。これによって、繊維ロープの破損が起こる前に、インジケータ部の変化が早めに確実に判定される。インジケータ部の破断は、繊維ロープ自体の強度には実際の影響をまだ及ぼさないが、容易に判定可能で、且つロープの破損の前に早めに検出できる。

本発明のさらなる発展においては、前記検出装置が、ロープのどの部分で変化が起きたかを監視する。これによって、廃棄状態を判定して、摩耗部分又は損傷部分を特定し、必要に応じて、例えば損傷箇所を取り除くことによって、残りのロープを継続して使用できるようにする。本発明のまたさらなる発展においては、カバーされたロープ経路又は変化を監視されていた部分の位置を判定する、ロープ位置の検出手段が、前記検出手段と連携していてもよい。このロープ位置の検出手段は、特に、ロープウインチ位置を検出する。このロープウインチ位置は、変化の有無が検査される部分が前記検出装置に対応する領域にちょうど位置し、且つ、変化の有無を監視されているときに存在する。前記評価装置において、前記ロープウインチ位置から、損傷部分又は摩耗部分を逆算することができる。

本発明のさらなる態様によれば、埋設されたインジケータ部の磁気誘導的監視に代えて又は加えて、繊維ロープの伸長量を監視し、廃棄状態の判定に使用することも可能である。繊維ロープの伸長の監視は、繊維ロープの摩耗又は損傷の進行又は廃棄状態への接近には、元々の状態に対しての繊維ロープの伸長が伴うという考察に基づく。そのため、繊維ロープの伸長の監視は、廃棄状態の指標として使用できる。この目的のために、前記検出装置は、繊維ロープの伸長量を判定する判定手段を備えてもよく、前記評価装置が、判定した伸長量と最大許容伸長量とを比較する。伸長量が規定の量を超えると直ちに、廃棄状態が表示される。

この場合、伸長量の判定はさまざまな方法で行われ得る。第１操作モードにおいては、ほぼ最大の荷重をかけたロープ又はロープの部分を、特に判定及び監視する。代わりに又は加えて、第２操作モードにおいて、ロープは、規定の部分が伸長したかどうか、及びどの程度まで伸長したかが、部分ごとに検査される。

本発明の有利な実施形態によれば、ロープの伸長を判定するための前記伸長判定手段は、ロープの規定の部分の位置を検出するための位置センサと、規定のロープ位置に移動する際のロープウインチ位置を検出するロープウインチ位置センサとを備え得る。前記位置センサは、例えば、吊荷フックの巻上停止位置にいつ到達するか、及び／又は、ロープに適用された、例えばマーク等の信号発信器がロープ経路に沿って、規定の領域にいつ到達するかを検出できる。前記ロープウインチ位置センサは、現時点又は前記位置への到達時のロープウインチ位置を検出し、評価装置がこのウインチ位置からロープの伸長量を判定する。規定のロープポイントの規定の位置に到達した際に、ウインチ位置が所望の位置からあまりにもずれている場合には、廃棄状態が予想され、又は廃棄信号が出力され得る。

これに代わって又は加えて、前記繊維ロープは、その全長にわたって分布する複数の信号発信器を備えていてもよく、この信号発信器は、例えば、マーク、トランスポンダー、信号反射器などとして備えられる。したがって、前記繊維ロープは、複数の長さ部分に分割され得る。ロープ伸長の判定手段は、２つの信号発信器の距離を判定し、これから、評価装置がロープの対応する部分の伸長を判定し、変化の有無を監視し得る。ロープの１又は１以上の部分で伸長現象が起こり、この現象が個々に又は合計で、許容伸長量の限界値を超えた場合には、評価装置が廃棄信号を出力し得る。

本発明のさらなる発展においては、前記検出装置は、例えば電子的測定装置のような測定装置がロープ経路に沿った特定の点における前記信号発信器の通過又は存在を検出し、次の発信器までの距離を、好ましくは一定の速度において、測定するように構成され得る。このようにして、ロープの長さは、いかなる所望の数の測定点と部分にも分割又は区分することが可能であり、ロープの全長にわたって伸長の推移を判定でき、前記評価装置において、ロープのどの部分が限界値に到達したか、ロープを廃棄すべきか、又は可能であれば、廃棄領域分、すなわち伸長し過ぎた領域分ロープをカットすべきかが評価される。

条件の変化による変動を避けるべく、伸長の検査は規定の条件下で、特に、試験荷重などの規定のロープ荷重をかけて行われると有利である。

本発明のさらなる有利な展開によれば、ロープに作用する荷重スペクトル、特に、ロープに作用する引張荷重及び屈曲サイクルを、繊維ロープの廃棄状態の判定に使用することも可能である。この目的のために、ロープに作用する荷重スペクトルとして、少なくとも引張ロープストレスと屈曲サイクルの回数を検出する荷重スペクトル計数器を備えることができる。測定された前記データの判定と評価は、しかるべき判定手段又は検出手段又はセンサによって可能であり、測定されたデータは前記評価装置によって処理及び評価される。荷重センサは、特に、作動時間を経て、ロープにかかっている負荷を検出可能である。ロープウインチのドラムの回転エンコーダは、引っ張られたロープの長さを判定し、屈曲サイクルを判定可能である。前記評価装置において、荷重データとロープ経路に係るデータと屈曲サイクルに係るデータとは互いに関連付けされ、規定の最大許容荷重スペクトルと比較可能な荷重スペクトルが決定される。最大許容荷重スペクトルの数値に到達した場合には、評価装置はしかるべき廃棄信号を出力する。

ロープに作用する前記荷重スペクトルの算出には、さまざまな解析方法を利用することが概ね可能である。この場合、前記考慮すべき事項が、さまざまな荷重スペクトルの累積損傷の計算値に基づいて、損傷のさまざまな程度についての結論を引き出すことの出発点となり、損傷のさまざまな程度が制御システムに格納される。荷重の変化を予め設定しておくことで、以降に起こるロープの損傷にかかる結論を計算によって導き出すことが可能になり、廃棄状態の推測を可能にする限界値の設定が可能になる。

例えば、発生する荷重スペクトルの評価にカウント処理が使用でき、荷重の振幅は、例えば、その周波数の和を介して表される。繊維ロープには、通常、一定の振幅で絶えず繰り返される同じ荷重だけでなく、量が変化する荷重がかかるので、実際の荷重スペクトルは、例えば、一定の荷重と部分的荷重サイクル基準を有する個々の直交するスペクトルに分割又は段階分けされ得る。例えば、公知の線形損傷累積法によれば、部分的荷重サイクル基準を許容可能な最大荷重サイクル基準で割ることで、部分的スペクトルの各々の部分損傷を算出できる。すべての部分スペクトルについて算出された部分損傷は合計されて、繊維ロープの全損傷の指標として使用され得る。この線形損傷累積法は、公知の方法でさまざまに改変することが可能である。例えば、長期強度限界よりも低い荷重振幅を有する部分スペクトルを考慮に入れない、又は限定的に考慮することができる。

本発明のさらなる発展においては、繊維ロープにおける前述の変化、特に、前記インジケータ部の磁気的な変化、ロープ伸長量の変化及び／又はロープ半径の変化の監視は、検出又は判定されたパラメータとこれに先立って検出又は判定されたパラメータとを比較することによって行うことができる。パラメータのための参照値、特に、インジケータ部の磁気伝導性又は磁気特性、ロープの元の長さ、又は元の断面積は、特に、参照検出モードにおいて、未使用の又は未損傷のロープを使用して検出される。例えば、クレーンの作動開始の際に、先述の工程をテストウェイトを使用して実施し、このプロセスで判定されたパラメータが参照値メモリに保存される。クレーン又は吊上装置のさらなる作動において、前記パラメータが連続的又は周期的に監視され、最初に保存された参照値と比較される。１又は１以上のパラメータが、対応する参照値と一致せず許容誤差を超える場合には、前記評価装置は廃棄信号を供給し得る。これに代わって又は加えて、前記評価装置はまた、前記個々のパラメータのいずれもが許容変化値又は誤差を個別には超過していないことが明らかであるが、全体で見たときに、参照値の合計から大きくかけ離れている場合にも、前記廃棄信号を供給することができる。例えば、判定されたすべてのパラメータが、参照値からの許容誤差の９０％に達する場合、それぞれの値は、個々には許容され得るであろうが、１つのパラメータのみでなく、すべてのパラメータが許容変化限界値にほとんど達しているので、廃棄状態が表示され得る。

以下に、好ましい実施形態と関連する図面に基づいて、本発明をより詳細に説明する。

本発明の吊上装置を示す概略図である。 図１と同様の旋回式タワークレーンの改変した実施形態を示す図である。 繊維ロープに埋設されたインジケータ部の変化を、磁気伝導性を利用して監視するための検出手段の概略図である。 繊維ロープの伸長を検出するための検出手段の概略図である。 繊維ロープの断面の変化を検出するための検出手段の概略図である。

図１には、本発明の有利な実施形態に係る吊上装置であるクレーンを一例として示す。図１の吊上装置は、有利な実施形態にかかる旋回式タワークレーンであり、このタワークレーンの起伏可能なジブの巻上ロープ及び／又はガイロープが繊維ロープで構成されていてもよい。このクレーンは、旋回式タワークレーン２０であって、その頂部が旋回し、マスト２１は可動台又は固定架台により支持されている。ジブ２３は、前記マスト２１に回動自在に連結され、公知の方法で水平軸に対して起伏可能であり、ガイロープ装置２４によって支えられている。ジブ２３の作動角度を変更すべく、前記ガイロープ装置２４の長さは、ガイロープウインチ２５を介して変えられる。この目的のために、ガイロープ２６が前記ガイロープウインチ２５を通っている。前記ガイロープ２６すなわちガイロープ装置２４は、例えば図示のガイ支柱５０すなわちマスト先端のプーリブロック２７を介して、ジブ２３の先端近くの回動点にガイドされる。

図２に示すように、旋回式タワークレーン２０は、当然のことながら、トロリージブを備え得る。図２中、巻上ロープは、起伏可能なジブの先端を通らず、このジブに沿って移動可能なトロリを通る。旋回式タワークレーン２０は、同様に、その頂部が回転し、マスト２１はバラストを備える架台２２に固定されている。旋回式タワークレーン２０は、ジブ２３を備え、このジブ２３は、作動位置にあるとき水平であり、特に水平に位置調整され、例えば、ガイラインのような支持引張手段を介してマスト頂部５１に支持される。バラストを備えるカウンタージブ５３もまた、支持引張手段５４を介して、前記マスト頂部５１に支持される。トロリ５５は、前記ジブ２３に移動自在に支持され、このトロリ５５は、例えばプーリブロックを介してジブ先端にガイドされ得るトロリロープによって移動可能である。

前記旋回式タワークレーンは、巻上ロープ２８をさらに備える。図１に示した実施形態においては、この巻上ロープ２８は、ジブ先端のプーリブロックを介してジブ先端から降下可能で、このジブ先端において吊荷フック２９に連結されている。あるいは、図２に示した実施形態においては、前記巻上ロープ２８は、上記移動可能なトロリ５５と、このトロリ５５に配置されたプーリブロックを通り、吊荷フック２９に連結可能である。いずれの場合においても、巻上ロープ２８は巻上ウインチ３０を通る。この巻上ウインチ３０は、図１の実施形態のガイロープウインチ２５と同様に、バラストフレームの領域、又は、カウンタージブ５３における別の支持箇所に配置されている。

前記巻上ロープ２８及び／又はガイロープ２６は、この場合、アラミド繊維又はアラミド／カーボン混紡繊維のような合成繊維を含み得る繊維ロープによって構成されていてもよい。

前記繊維ロープの廃棄状態に関連するパラメータの監視又は検出を可能とすべく、クレーンに配置可能な検出装置２が設けられる。この検出装置２は、検出したパラメータを評価する評価装置３とともに、電子クレーン制御ユニット３１に接続又は一体化され得る。

図３〜図５に示すように、この場合の前記検出装置２は、繊維ロープ１の種々のパラメータを種々の方法で検出する種々の検出手段を備えると有利である。図３を参照すると、前記検出装置２は、繊維ロープ１に埋設されたインジケータ部４の変化を検出する、磁気作動式検出手段２ａを備え得る。このインジケータ部４は、磁気伝導性を有するように、又は、磁場に影響するように、又は、磁化可能なように構成され、ロープに組み込むことが可能である。例えば、前記インジケータ部４は、撚り線の芯の中、又は、撚り線の間に配置可能であり、インジケータ部４自体は、いかなる所望の断面形状を有していてもよく、特に円形の断面形状を有していてもよい。インジケータ部４は、特に、ワイヤのような金属製の連続した材料から形成されるとともに、ロープの荷重、伸長、引張、屈曲、ねじれ、温度、及びその他の関連する特性に対して、繊維ロープ１の繊維又は繊維ロープ１自体よりも耐性が低いように構成されている。これは、繊維ロープ１が破損するよりも前に、インジケータ部４が破損するようにすることを目的としている。

前記磁気式検出手段２ａは、磁気センサに影響を与えることが可能であり、例えば、前記インジケータ部４に作用する磁場、又は、このインジケータ部４によって形成される磁場における変化を検出する。インジケータ部４の破断は、この場合、特に前記磁場３２に変化を生じさせる。そのため、対応する特徴的な磁場変化の検出から、インジケータ部４の破断に係る結論が導かれ、ひいては、繊維ロープ１の廃棄状態に係る結論が導かれる。

前記インジケータ部４の破断が、繊維ロープ１のどの領域で起こっているかの判定を可能にすべく、ロープ経路測定が前記検出装置２又はその磁気式検出手段２ａと連携していてもよい。このロープ経路測定は、適切なロープ経路位置手段５によって、例えば次のように行われる。ロープウインチと連携する回転位置センサ７（図４参照）がロープウインチの回転位置を示し、又は、位置センサ６（図４参照）が、特定の位置におけるロープのマークの付された箇所を検出し、その特定の位置において前記磁気式検出手段２ａが不具合箇所を報告する。評価装置３は、検出手段２ａの既知の位置から、不具合箇所と判定された位置を正確に判定できる。高強度繊維ロープの残りの耐用年数に基づき、繊維ロープ１を廃棄するまでの期間が、例えばクレーン制御ユニットのモニタに表示されると有利である。設定された期間内に廃棄が行われない場合、前記クレーン制御ユニット３１が、安全確保のために、自動的にクレーンを停止させる。

図４に示すように、前記検出装置２は、作動中に徐々に起こる繊維ロープ１の伸長を判定するための検出手段２ｂをさらに備えるとさらに有利である。この場合、前記繊維ロープ１は、例えば、上部巻上停止位置への直接的な移動によって、規定のロープ位置に移動し得る。この上部巻上停止位置は、吊荷フック２９が到達する最も高い位置であり、例えばリミットスイッチ又は別の位置センサ６で検出可能である。前記位置センサ６が、前記規定のロープ位置への到達を検出手段２ｂに通知した場合、ロープウインチ位置センサ７がロープウインチの位置を検出又は判定する。この測定は、最初に、クレーンを初めて作動させる際に行う。後の測定において、前記規定のロープ位置への移動時に、異なるロープウインチ位置になった場合、同一のロープ位置への移動時のロープドラム位置のズレが、繊維ロープ１に起きた伸長の量である。試験サイクルは、条件のばらつきが測定の正確さに影響しないように、好ましくは、規定の荷重を吊荷フック２９に掛けて、例えば、公知の試験荷重を使用して行われる。

前記巻上停止位置までのドラム回転の増加を測定することによって、ロープの伸長を検出するこの方法において、ロープ伸長の平均値を知っておかなければならない。ロープの伸びは、荷重と荷重のかかっている時間に左右される。吊荷が動かされる場合、例えば「上昇」する場合、ロープドラムに巻き取られていないロープ領域には、吊荷が取り除かれるまでの間、最大限且つ最長の負荷がかかる。ドラムに巻き取られた領域においては、ロープの伸長荷重及び伸長荷重は連続的に減少する。よって、ロープドラムに巻き取られていない部分の伸びは、ほぼ一定に拡大し、常に最大の負荷がかかるであろう。何回かの巻き取りの後には、伸長によるロープ荷重はほぼゼロになるので、ドラムに巻き取られた部分においては、引張荷重は連続的に減少する。繊維ロープ１の廃棄までの安全性を十分に確保するために、本方法においては、許容伸長量は、ロープの全長に対する伸長分布係数を使用して決定できる。

廃棄状態に関連するロープ伸長のさらなる試験方法は、活性又は非活性の信号を出力する複数の信号発信器８又はインジケータに基づいている。これらのインジケータは、ほぼ等しい間隔で一体的にロープに固定されている。例えば、位置センサ６のような、電気的／電子的測定装置が、前記インジケータのうちの１つの位置を検出し、一定のロープ速度において、次のインジケータまでの距離を測定する。このように、ロープの長さは、所望のいかなる測定点によっても区分可能であり、この方法を使用して、ロープの全長について伸長程度の評価が行われる。また、測定装置を使用して、ロープのどの領域で伸長の限界値に達したかを識別し、ロープを廃棄するか、又は、可能な場合は、廃棄領域分、すなわち、伸び過ぎた領域分をカットするかを識別する。

前記測定装置は、最初の作動時に設置される。規定の吊上げ動作が、例えば「ロープ試験」モードを使って実行される。この場合、吊荷フック２９の最低位置から最高位置まで、移動が一定速度で行われる。この操作において、前記複数のインジケータ８の間隔が検出及び記憶される。後の時点で、しかるべき使用期間の経過後にこの操作が繰り返され、最初の測定値との長さの差が算出及び表示される。前記測定装置は、数値をクレーン制御ユニット及びメモリモジュールに送信する。クレーン制御ユニットによって、リモートデータ送信による送信が可能であり、又は、クレーンのオペレータはクレーンのモニタの表示によってロープの状態を知る。許容できない伸長にまで達した場合には、安全モードが起動され、そうでない場合には、残りの許容される使用期間の終了後に、警告が発せられてシステムが停止される。安全のため、システムが停止されると、作動させることはできない。停止の理由はモニタにも表示され、リモートデータ送信でも確認できる。

図５に示すように、前記検出装置２は、繊維ロープ１の断面の変化及び／又は横断方向の圧縮強度の変化を判定するための検出手段２ｃをも備えると有利である。この目的のためのこの検出手段２ｃは、少なくとも２つの平面においてロープの直径又は横断方向の圧縮剛性を検出すると有利である。この少なくとも２つの平面は、互いに垂直であってもよく、これにより、それ自体無害の断面形状の変化が見られる複数の直径から、ロープの断面積を判定することも可能となると有利である。この背景には、高強度繊維ロープ１は、例えばプーリブロック２７又はロープウインチ２５又は３０において、横断方向の荷重を受けると、楕円状になる傾向をもつことがある。楕円状になること自体は、それだけではロープの強度を損なうものではない。しかしながら、ロープの断面積が減少すると、危険な事態となる。

図５に示す実施形態によると、この目的のために、互いに垂直な平面において、ロープローラー１０として設けられた複数対のクランプ手段を使用して、ロープ直径が力学的に標本抽出される。このロープローラー１０は対向する側から繊維ロープ１の表面に押圧されているので、ロープローラー１０として設けられたクランプ手段の間の距離が対応するロープの直径である。

図５に示すように、検出手段２ｃは全体として、ロープの長手方向を横断する方向に支持されており、繊維ロープ１の横断方向の動きが測定結果に影響しないように構成されている。図示した実施形態では、装置全体が、回転フレーム又は回動式連結レバー３３（図５参照）を介して、横断方向に可動な状態で吊り下げられている。

前記測定装置は、前方領域に少なくとも２つのローラーと、後方領域に２つのローラーを備えると有利である。これらのローラーは同一平面上にあり、バネ３４を介して、それぞれの下方のローラーが容易にロープ１を挟み、ロープの直径を検出する。これらのバネ付の下方ローラー１０のうちの１つは、回転軸とレバー３５を備える。このレバー３５を介して、測定されたロープ直径が位置センサ３６に送られ、評価される。測定装置はさらに、測定装置がロープ上をガイドされ、且つ、起こり得るロープの振動によって測定値が影響されることがないように、側方ガイドローラーをさらに備える。測定装置は、クレーンの鋼材構造体から、レバーを介して回動自在に吊り下げられており、動きを補償するように構成されている。ロープの測定は、少なくとも２つの平面において、９０°ずらして行われるので、ロープの直径は４つの領域にわたって試験されると有利である。例えば、６つの領域での測定のために、さらにずらした配置が可能である。２つ、４つ、６つの等の領域での測定を１つの測定装置において行うことが構造上可能であり、又は、複数の装置を使用することによっても可能である。

ロープ直径の変化を、ロープの周囲に基づいて検出及び評価する光学的試験ユニットの使用によって、さらなる可能性が生じる。許容される直径の誤差を超えた場合又は下回った場合、警告信号が発せられ、ドラム速度センサ７を介してその位置が記憶される。

図５に示した測定装置を使用して、横断方向の圧縮剛性を正確に判定することを可能にすべく、本発明のさらなる展開においては、クランプ手段すなわちクランプローラー１０に調整装置を連携させることも可能である。この調整装置を使用して、変更可能な及び／又は十分に大きいロープの横断方向の力を生成することができる。すなわち、前記ローラー１０は、ロープに対して、十分な力で横断方向に押圧され得る。この場合、かけられる横断方向の力はそれぞれ、適切な力測定装置によって測定されると有利である。ロープ１に生じた変形は位置センサ３６によって測定され、最初に説明した調整力の変化及び／又は横断方向の変形は、１又は１以上の測定サイクルにおいて実行され得る。

警告信号が発せられない場合、警告の生成及びシステムの停止は、許容される残りの使用期間の終了後になされると有利である。安全のため、停止の後には、システムを作動させることはできない。停止の理由はモニタにも表示され、リモートデータ送信によっても確認可能である。

前記検出装置２は、繊維ロープ１に作用する荷重スペクトルを検出するための検出手段２ｄをさらに備え得ると有利である。この場合、少なくとも、ロープにかかる引張荷重と屈曲サイクルの数を、さらには長期にわたる強度に影響するパラメータをも検出すると有利である。このパラメータには、巻き取りの重なり、環境による影響、温度、横断方向の負荷、その他が含まれる。

前記パラメータを判定するために、前記検出手段２ｄは、対応するセンサを複数備え、このセンサの信号は前記評価装置３内で発生する。荷重センサは、特に、存続中の荷重を、ロープの作動時間を通じて検出可能である。さらに、ウインチドラムの回転エンコーダは、引っ張られたロープの長さを測定可能である。約言すれば、これによって、荷重スペクトルは、例えば、ヴェーラー曲線のかたちで判定でき、ロープ１の規定の最大荷重スペクトルと比較され得る。最大許容荷重スペクトルの数、すなわち、特定の荷重及び／又は特定の荷重ピークの影響下での屈曲サイクルの数に達した場合、警告が発せられ、及び／又はロープの交換を行わなければならない時期が通知される。

Claims (17)

1. 吊上装置において使用される高強度繊維ロープ（１）の廃棄状態を識別するための装置であって、
   複数の異なるロープパラメータを検出する検出装置（２）と、
   前記ロープパラメータを評価し、ロープパラメータの評価結果に応じて廃棄信号を供給する評価装置（３）とを備え、
   前記検出装置（２）は、複数の異なるロープパラメータを磁気的、力学的、光学的及び電子的手段の少なくとも１つによって検出するための、異なる構成を有する複数の検出手段（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）を備え、
   前記評価装置（３）は、前記廃棄状態を識別すべく、前記複数の異なるロープパラメータを、互いに組み合わせて評価可能であり、
   前記複数の異なるロープパラメータの依存関係を考慮し、
   １つの前記ロープパラメータの許容変化及び許容限界値の少なくとも一方は、他の前記ロープパラメータに規定の変化が起きたときに変更される
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   検出された前記ロープパラメータの少なくとも１つ又は前記ロープパラメータの変化が、関連する限界値を超えたとき又は下回ったとき、及び、前記検出されたロープパラメータのすべて又は一部から導かれるパラメータの変化が、関連する限界値を超えたとき又は下回ったときに、前記評価装置（３）が廃棄信号を出力する
   ことを特徴とする装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置であって、
   前記検出装置（２）が、前記高強度繊維ロープの横断方向の圧縮剛性、断面積及び断面形状の少なくとも１つを判定するための、横断方向の圧縮剛性の判定手段及び断面判定手段（２ｃ）の少なくとも一方を備え、
   前記評価装置（３）が、判定された前記横断方向の圧縮剛性、断面積及び断面形状の少なくとも１つに応じて、前記廃棄信号を評価する
   ことを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、
   前記評価装置（３）が、
   前記高強度繊維ロープの横断方向の圧縮剛性、断面積及び断面形状の少なくとも１つにおける変化を監視し、
   規定の変化を超えたときに前記廃棄信号を供給し、
   判定された前記横断方向の圧縮剛性及び断面積の少なくとも一方を、横断方向の圧縮剛性及び断面積の少なくとも一方の規定の限界値と比較し、
   前記限界値を超えたとき又は下回ったときに前記廃棄信号を供給する
   ことを特徴とする装置。
5. 請求項４に記載の装置であって、
   前記横断方向の圧縮剛性の判定手段及び断面判定手段（２ｃ）の少なくとも一方が、
   検出手段（９）として、弾性的予荷重をかけ得る少なくとも１対のクランプ手段、好ましくは、クランプ具又はロープローラー（１０）であって、前記高強度繊維ロープ（１）に対して押圧可能であり、且つ、前記高強度繊維ロープの長手方向を横切る方向に可動な状態で吊り下げられた、１対のクランプ手段、好ましくは、クランプ具又はロープローラー（１０）と、
   前記１対のクランプ手段の間の距離を測定する距離測定手段(３６)とを備える
   ことを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、
   前記横断方向の圧縮剛性判定手段（２ｃ）が、
   横断方向の圧縮剛性の判定において、前記高強度繊維ロープ（１）に規定の引張荷重をかけることが可能であり、
   前記規定の引張荷重をかけた前記高強度繊維ロープ（１）に、該高強度繊維ロープの長手方向に対する横断方向に働く横断方向の力が作用し得、前記横断方向の力の作用に起因する前記高強度繊維ロープ（１）の断面の変形及び直径の少なくとも一方の変化が判定され得るように構成されている
   ことを特徴とする装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、
   前記評価装置（３）が、前記横断方向の圧縮剛性に規定の増大が生じたとき又は規定の増大を超えたとき、及び、前記横断方向の圧縮剛性が既定の限界値に達したとき又は超えたときに、前記廃棄信号を供給する
   ことを特徴とする装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、
   前記横断方向の圧縮剛性の判定手段及び断面判定手段（２ｃ）の少なくとも一方が、
   少なくとも２つの異なる面において、横断方向の圧縮剛性及び高強度繊維ロープの直径の少なくとも一方を検出する検出手段（９）を備え、
   検出された少なくとも２つの横断方向の圧縮剛性及び検出された少なくとも２つの高強度繊維ロープの直径の少なくとも一方から、横断方向の圧縮剛性及び高強度繊維ロープの断面積の少なくとも一方を判定する
   ことを特徴とする装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の装置であって、
   前記検出装置（２）が、検出手段（２ａ）を備え、
   前記検出手段（２ａ）は、前記高強度繊維ロープ（１）に埋設され、且つ、前記高強度繊維ロープの繊維とは異なる材料を含むインジケータ部（４）の変化を検出する
   ことを特徴とする装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、
    前記検出手段（２ａ）が、磁気的に作動するよう構成され、磁気センサを備え、
    前記インジケータ部（４）が、磁場に影響し、磁気伝導性を有し、又は磁化され得る金属製の連続した部分を含む
    ことを特徴とする装置。
11. 請求項９又は１０に記載の装置であって、
    前記高強度繊維ロープ（１）が損傷するより前に、前記インジケータ部（４）が損傷するように、特に破断し又は裂けるように、前記インジケータ部（４）が、高強度繊維ロープへの負荷、伸長、引張、屈曲、ねじれ、紫外線照射、吸水及び気温の少なくとも１つに対して、前記高強度繊維ロープ（１）及び該高強度繊維ロープの繊維よりも低い耐久性を有するように構成されている
    ことを特徴とする装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の装置であって、
    前記検出装置（２）が、前記高強度繊維ロープ（１）の伸長量を検出する検出手段（２ｂ）を備え、
    前記評価装置（３）が、検出された伸長量と許容される最大伸長量を比較し、許容される最大伸長量を超えたときに、前記廃棄信号を供給する
    ことを特徴とする装置。
13. 請求項１２に記載の装置であって、
    前記検出手段（２ｂ）が、
    規定の位置、特に、吊荷フックの巻上停止位置において、規定のロープ位置を検出する位置センサ（６）と
    前記ロープ位置への移動におけるウインチ位置を検出するロープウインチ位置センサ（７）とを備え、
    前記評価装置（３）が、ウインチ位置の変化を監視し、ウインチ位置の変化が規定の量を超えたときに前記廃棄信号を供給する
    ことを特徴とする装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の装置であって、
    前記検出手段（２ｂ）が、
    複数の信号発信器（８）であって、前記高強度繊維ロープ（１）の伸長量を検出すべく、例えば、マーク、トランスポンダー、信号反射器などとして、前記高強度繊維ロープ（１）の全長にわたって分布する信号発信器（８）と、
    ２つの信号発信器（８）の間の距離を判定する判定手段とを備え、
    前記評価装置（３）が、前記２つの信号発信器（８）の間の判定された距離を評価し、規定の距離変化を超えたときに前記廃棄信号を供給する
    ことを特徴とする装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか１つに記載の装置であって、
    前記検出装置（２）が、荷重スペクトル計数器（２ｄ）を備え、
    前記荷重スペクトル計数器（２ｄ）は、前記高強度繊維ロープ（１）の引張ストレス及び前記高強度繊維ロープ（１）に作用する屈曲サイクルの数を含む荷重スペクトルを検出する
    ことを特徴とする装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか１つに記載の装置であって、
    前記検出装置（２）が、ロープ位置検出手段（５）を備え、
    前記ロープ位置検出手段（５）は、検出された関連するロープパラメータの変化が前記高強度繊維ロープのどの部分で起きたかを判定し、
    前記評価装置（３）が、前記高強度繊維ロープのどの部分が廃棄状態にあるかを示すロープセクション信号を、前記廃棄信号とともに供給する
    ことを特徴とする装置。
17. 請求項１〜１６のいずれか１つに記載の装置を備えたクレーンであって、
    旋回式タワークレーン、移動式クレーン、港湾用移動式クレーン、船舶用クレーン、又は、車両用ブームクレーンである
    ことを特徴とするクレーン。

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