WO1994017496A1 - Verfahren zur überwachung und/oder feststellung des sich jeweils durch eine beanspruchung ändernden betriebszustandes einer elektrisch betriebenen kraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur überwachung und/oder feststellung des sich jeweils durch eine beanspruchung ändernden betriebszustandes einer elektrisch betriebenen kraftmaschine Download PDF

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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G07C3/00—Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring and / or determining the operating state of an electrically operated engine, which changes as a result of a load, by measuring one or more operating parameters.
  • An engine lies, among other things, in achieving greater operational reliability with regard to product liability. This known type of detection of similar operating parameters is complex and inadequate to be able to obtain a binding result or to make a statement about the actual operating state and the further useful life or the life expectancy of an engine.
  • this object is achieved in that the recorded operating parameters are transferred to an electronic, non-volatile memory module.
  • This allows a more precise assessment of the operating state of an engine, both qualitative, for example a max. Operating temperature as well as quantitative, the duty cycle, operating parameters are recorded.
  • the operating parameters affected include: in addition to the individual weight loads, the duty cycle during which the devices used for the method according to the invention are activated; the operating time during which an engine operates; the number of switching operations for driving an engine; the operating temperatures; the engine power of an engine, for example in the form of running times of individual power ranges.
  • the method according to the invention proves to be particularly favorable when measuring stresses of a mechanical or physical type, in that the wear of the engine promoting, various influences recorded and added as wear contributions to corresponding degrees of wear, respectively. being transformed.
  • the wear contributions can each be converted to a uniform degree of wear.
  • the method according to the invention can advantageously be used when measuring individual weight loads, taking into account the duration of the load, these stresses being added up after conversion into a corresponding wear contribution, if further influences promoting the wear of the engine are detected and after conversion into a corresponding wear contribution the wear contributions which also determine the degree of wear due to the weight loads are added.
  • the number of switching operations or cycles influencing the wear of the engine or the resulting switch-on and switch-off load moments can preferably be recorded.
  • the conveying speed can be recorded as a value increasing the wear of the engine and can be taken into account when calculating the current wear contribution.
  • the acceleration and / or deceleration of the drive movement can be recorded and added to the existing degrees of wear after conversion into a wear contribution or into wear contributions.
  • the degree of wear of the engine can also be relative high ambient temperatures, the changeability and / or the heat generated by the energy supplied in the engine are noticeably influenced, so that their detection and recognition improves the objectivity of the degree of wear.
  • the assessment of the degree of wear can optionally be based on the individual physical influences.
  • the degree of wear achieved on the engine can expediently be compared and evaluated with a corresponding adjustable target value.
  • a signal can advantageously be triggered if a wear level setpoint value or a certain wear contribution is exceeded.
  • the degree of wear and its condition has proven to be suitable when determining the (still) expected service life of an engine.
  • the evaluation of the wear contributions can be carried out on the electrical engine or at a distance therefrom, for example on a PC.
  • a lifting device such as one Chain or cable hoist, a traveling crane or the like, a slewing crane or a monorail, a suspension crane, a lift or other conveyor devices overcoming / covering a load path or a processing machine, for example a drilling or grinding machine, an electric motor or a forklift , a wear contribution resulting therefrom can expediently be determined by measuring the effective electrical power on at least one winding of the drive motor.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram relating to the invention for an engine designed as a hoist
  • FIG. 2 shows the degree of wear on the basis of determined wear contributions of a hoist according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows an electrical control unit 1 which can be connected to a power source and to which switches 2, 3, 4 are assigned for actuating a lifting device 5. These switches 2, 3, 4 are intended for the functions of lifting, lowering and overdrive of a load 6 to be moved.
  • a motor 7 Connected to the control unit 1 is a motor 7 which is electrically connected to it and which is coupled to a lifting gear 8.
  • the switches 2, 3, 4 are nevertheless connected to a data acquisition device 9, in which the individual operating parameters are recorded in each case.
  • One or more are connected to the data acquisition device 9 connected to the power line 10 leading from the control unit 1 to the motor 7 measuring lines 11, through which the power consumed by the motor 7 can be computed.
  • a further connection 12 leads to the data acquisition device 9 in order to record the engine temperature.
  • the data is transmitted from the data acquisition device 9 in order to a data evaluation device 14 and stored.
  • the data evaluation device 14 and a so-called electronic, non-volatile memory module essentially consists of a microprocessor with a non-volatile memory. The received data are evaluated in the microprocessor and can be converted into a corresponding wear contribution and / or processed further.
  • the further processing also provides the possibility that if the lifting device 5 or the motor 7 is overloaded, the control unit 1 is switched off via an emergency stop line 15 or the lifting device 5 is switched off.
  • Output line 16 leads to a reading unit (not shown), for example a PC, which displays the data in a readable manner.
  • FIG. 2 shows, in a simple exemplary manner, in a diagram various wear contributions resulting from physical influence on an engine. So u.a. the wear contributions are represented by the number of switching cycles according to line 17 and by the weight load according to line 18.
  • the cumulatively recorded wear contributions are identified by line 19 for the degree of wear of the engine, which appears on the vertical coordinate axis, while the horizontal coordinate axis conveys the useful life of the engine. On the latter, sections a and b each show different times and stresses on an engine leading to wear contributions.

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Abstract

Das Verfahren dient der Überwachung und/oder der Feststellung des sich aufgrund der Beanspruchung ändernden Zustandes einer elektrischen Kraftmaschine, indem die durch Messen erfassten Betriebsparameter auf einen elektronischen, nicht flüchtigen Speicherbaustein übertragen werden.

Description

Verfahren zur ueberwachung und/oder Fest¬ stellung des sich jeweils durch eine Bean¬ spruchung ändernden Betriebszustandes einer elektrisch betriebenen Kraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ueberwachung und/oder Feststellung des sich jeweils durch eine Beanspruchung ändern¬ den Betriebszustandes einer elektrisch betriebenen Kraft¬ maschine durch Messen einzelner oder mehrerer Betriebsparame¬ ter.
Insbesondere bei Seilzügen oder dgl. werden auftretende Lasten mittels einer mechanischen Anordnung in Lastbereiche unter¬ schiedlicher Grosse unterteilt, wobei jedem Lastbereich ein Zähler zugeordnet ist, der die jeweilige Belastungszeit er- fasst bzw. aufaddiert.
Sinn und Zweck dieses Erfassens, Registrierens und Auswertens von Gewichtslasten während einer gewissen Belastungsdauer
* einer Kraftmaschine liegen u.a. im Erreichen einer höheren Betriebssicherheit im Hinblick auf die Produktehaftung. Diese bekannte Art der Erfassung gleichartiger Betriebsparame¬ ter ist aufwendig und unzureichend, um über den tatsächlichen Betriebszustand und die weitere Nutzungsdauer bzw. die Lebens¬ erwartung einer Kraftmaschine ein verbindliches Ergebnis er¬ langen bzw. eine Aussage machen zu können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Überwachung und/oder Feststellung des sich jeweils durch die Benutzung ändernden Betriebszustandes einer elektrisch be¬ triebenen Kraftmaschine zu schaffen, wodurch die Genauigkeit der Überwachung des Betriebszustandes und der Erfassung der Betriebsdaten auf wirtschaftliche Art erheblich verbessert bzw. optimiert werden kann.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die erfassten Betriebsparameter auf einen elektronischen, nicht flüchtigen Speicherbaustein übertragen werden. Dadurch kann eine genauere Beurteilung des Betriebszustandes einer Kraftmaschine vorgenommen werden, wobei sowohl qualita¬ tive, beispielsweise eine erreichte max. Betriebstemperatur als auch quantitative, - die Einschaltdauer -, Betriebsparame¬ ter erfasst werden.
Zu den betroffenen Betriebsparametern zählen u.a. neben den einzelnen Gewichtlasten die Einschaltdauer, während welcher die für das erfindungsgemässe Verfahren eingesetzten Geräte aktiviert sind; die Betriebsdauer, während welcher eine Kraftmaschine arbeitet; die Anzahl der Schaltvorgänge für den Antrieb einer Kraftmaschine; die Betriebstemperaturen; die Motorleistung einer Kraftmaschine, bspw. in Form von Laufzei¬ ten einzelner Leistungsbereiche.
Besonders günstig erweist sich das erfindungsgemässe Verfah¬ ren, beim Messen von Beanspruchungen mechanischer bzw. physi¬ kalischer Art, indem die den Verschleiss der Kraftmaschine fördernden, verschiedenen Einflüsse erfasst und als Ver¬ schleissbeitrage zu entsprechenden Verschleissgraden addiert resp. umgewandelt werden.
Dabei können die Verschleissbeitrage jeweils zu einem einheit¬ lichen Gesamtverschleissgrad umgewandelt werden.
Vorteilhaft kann das erfindungsgemässe Verfahren beim Messen einzelner Gewichtslasten unter Berücksichtigung der Be¬ lastungsdauer eingesetzt werden, wobei diese Beanspruchungen nach Umwandlung in einen entsprechenden Verschleissbeitrag aufaddiert werden, wenn weitere, den Verschleiss der Kraftma¬ schine fördernden Einflüsse erfasst und nach Umwandlung in einen entsprechenden Verschleissbeitrag zu den den Ver¬ schleissgrad durch die Gewichtslasten mitbestimmenden Ver- schleissbeiträgen addiert werden.
Dadurch kann eine genauere Beurteilung des Betriebszustandes einer Kraftmaschine vorgenommen werden.
Vorzugsweise können die den Verschleiss der Kraftmaschine be¬ einflussende Anzahl der Schaltvorgänge bzw. -zyklen oder die daraus folgenden Ein- und Ausschaltlastmomente erfasst werden.
Weiterhin kann die Fördergeschwindigkeit als den Verschleiss der Kraftmaschine erhöhenden Wert erfasst und bei der Errech¬ nung des momentanen Verschleissbeitrages berücksichtigt wer¬ den.
Zur Verbesserung des Ergebnisses für eine Bewertung des Be¬ triebszustandes der Kraftmaschine kann die Beschleunigung und/oder Verzögerung der Antriebsbewegung erfasst und nach dem Umwandeln in einen Verschleissbeitrag bzw. in Verschleissbei¬ trage den vorhandenen Verschleissgraden zuaddiert werden.
Der Verschleissgrad der Kraftmaschine kann auch durch relativ hohe Umgebungstemperaturen, deren Wechselhaftigkeit und/oder die durch die zugeführte Energie in der Kraftmaschine erzeugte Wärme spürbar beeinflusst werden, sodass deren Erfassung und Anrechnung die Objektivität des Verschleissgrades verbessert.
Es können zur Bestimmung des Verschleissgrades weitere, letz¬ teren erheblich beeinflussenden physikalische Belastungen der Kraftmaschine berücksichtigt werden.
Ebenso können der Beurteilung des Verschleissgrades die ein¬ zelnen physikalischen Einflüsse wahlweise unterstellt werden.
Zweckmässig kann der an der Kraftmaschine erreichte Ver¬ schleissgrad mit einem entsprechenden einstellbaren Sollwert verglichen und ausgewertet werden.
Vorteilhaft kann bei Ueberschreiten eines Verschleissgrad- Sollwertes oder eines bestimmten Verschleissbeitrages ein Sig¬ nal ausgelöst werden.
Als günstig erweist es sich, wenn die Unterhalts- und Inεpek- tionsintervalle durch die Bestimmung eines Sollwertes als Ver¬ schleissgrad festgelegt werden.
Als geeignet erweist sich der Verschleissgrad bzw. dessen Zu¬ standekommen bei der Bestimmung der (noch) zu erwartenden Le¬ bensdauer einer Kraftmaschine.
Die Auswertung der Verschleissbeitrage kann an der elektris¬ chen Kraftmaschine oder davon entfernt bspw. an einem PC er¬ folgen.
Für das Erfassen der Gewichtslast einer elektrischen Kraftma¬ schine, insbesondere eines Hebezeuges wie beispielsweise eines Ketten- oder Seilzuges, eines Laufkrans oder dgl., Drehkrans oder einer Hängebahn, eines Hängekrans, eines Liftes oder an¬ deren einen Lastweg überwindenden/zurücklegenden Förderein¬ richtungen oder einer Bearbeitungs aschine, beispielsweise Bohr-oder Schleifmaschine, eines Elektromotors oder Hubstap¬ lers, kann ein daraus resultierender Verschleissbeitrag zweck- mässig durch Messung der elektrischen Wirkleistung an wenig¬ stens einer Wicklung des Antriebsmotors ermittelt werden.
Die Erfindung wird anschliessend anhand zweier, eine elek¬ trisch betriebene Kraftmaschine vermittelnden Schem 's bei¬ spielhaft beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein die Erfindung betreffendes Schaltschema für eine als Hebe¬ zeug ausgebildete Kraftmaschine und
Fig. 2 eine Darstellung des Verschleiss¬ grades aufgrund ermittelter Ver¬ schleissbeitrage eines Hebezeuges gemäss Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine an eine Stromquelle anschliessbare elektri¬ sche Steuereinheit 1, welcher Schalter 2,3,4 zur Betätigung eines Hebezeuges 5 zugeordnet sind. Diese Schalter 2,3,4 sind für die Funktionen Hub, Senken und Schnellgang einer zu bewe¬ genden Last 6 bestimmt.
An die Steuereinheit 1 schliesst ein mit dieser elektrisch verbundener Motor 7 an, der mit einem Hubgetriebe 8 gekuppelt ist.
Die Schalter 2,3,4 sind gleichwohl mit einer Datenerfassungs- einrichtung 9 verbunden, in welcher die einzelnen Betriebspa¬ rameter jeweils aufgenommen werden. An die Datenerfassungseinrichtung 9 ist eine bzw. sind mehrere mit der von der Steuereinheit 1 zum Motor 7 führenden Strom¬ leitung 10 verbundene Messleitungen 11 angeschlossen, durch welche die vom Motor 7 aufgenommene Leistung rechnerisch er¬ fasst werden kann.
Zur Erfassung der Motortemperatur führt eine weitere Verbin¬ dung 12 an die Datenerfassungseinrichtung 9. Von der Datener¬ fassungseinrichtung 9 werden die Daten geordnet über eine Lei¬ tung 13 an eine Datenauswertungseinrichtung 14 übertragen und gespeichert. Die Datenauswertungseinrichtung 14 resp. ein sog. elektronischer, nicht flüchtiger Speicherbaustein besteht im wesentlichen aus einem Mikroprozessor mit einem nicht flüchti¬ gen Speicher. Im Mikroprozessor werden die empfangenen Daten ausgewertet und können in einen den entsprechenden einheitli¬ chen Verschleisbeitrag umgewandelt und/oder weiterverarbeitet werden.
Die Weiterverarbeitung sieht auch die Möglichkeit vor, dass bei einer Ueberbeanspruchung des Hebezeuges 5 bzw. des Motors 7, die Steuereinheit 1 über eine Notstoppleitung 15 ausge¬ schaltet bzw. das Hebezeug 5 ausgeschaltet wird. Ausgangsleitung 16 führt an eine nicht veranschaulichte Aus¬ leseeinheit, beispielsweise einen PC, der die Daten lesbar darstellt.
In Fig. 2 sind auf eine einfache beispielhafte Art in einem Diagramm verschiedenartig entstandene Verschleissbeitrage aus physikalischer Einflussnahme auf eine Kraftmaschine gezeigt. So u.a. sind die Verschleissbeitrage durch die Anzahl der Schaltzyklen nach der Linie 17 und durch die Gewichtslast nach der Linie 18 dargestellt.
Die kummulativ erfassten Verschleissbeitrage sind durch die Linie 19 für den Verschleissgrad der Kraftmaschine, der an der vertikalen Koordinatenachse erscheint, gekennzeichnet, während die horizontale Koordinatenachse die Nutzungsdauer der Kraft- ma-schine vermittelt. Auf letzterer zeigen die Abschnitte a und b jeweils unter¬ schiedliche Zeiten und zu Verschleissbeiträgen führende Bean¬ spruchungen an einer Kraftmaschine.
Im kürzeren Zeitabschnitt a entsteht aufgrund einer bestimmten Anzahl Schaltungen ein geringerer Verschleissbeitrag als durch die Gewichtslast, bzw. in Zeitabschnitt b ist der Verschleiss¬ beitrag aus der Gewichtslast geringer als derjenige aus der Anzahl Schaltungen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Verfahren zur Ueberwachung und/oder Feststel¬ lung des sich jeweils durch Beanspruchung än¬ dernden Betriebszustandes einer elektrisch be¬ triebenen Kraftmaschine durch Messen einzelner oder mehrerer Betriebsparameter, dadurch ge- kennnzeichnet, dass die erfassten Betriebspara¬ meter auf einen elektronischen, nicht flüchti¬ gen Speicherbaustein übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die den Verschleiss der Kraftmaschine bildenden, verschiedenartigen Einflüsse erfasst und als Verschleissbeitrage zu entsprechenden Verschleissgraden addiert resp. umgewandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Verschleissbeitrage jeweils zu einem einheitlichen Gesamtverschleissgrad um¬ gewandelt werden. 4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die auftre¬ tenden Gewichtslasten unter Berücksichtigung der Belaεtungsdauer gemessen und nach Umwand¬ lung in einen entsprechenden Verschleissbeitrag aufaddiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass weitere, den Verschleiss der Kraftmaschine för¬ dernden Einflüsse erfasst und nach der Umwand¬ lung in einen entsprechenden Verschleissbeitrag zu den den Verschleissgrad durch die Gewichts¬ lasten mitbestimmenden Verschleissbeiträgen ad¬ diert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schaltvorgänge der Kraftmaschine zur Ermittlung des Verschleissgrades erfasst werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderge¬ schwindigkeit der Kraftmaschine zur Ermittlung des Verschleissgrades erfasst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da¬ durch gekennzeichnet, daεε die Beschleunigung und/oder Verzögerung der Antriebs- bzw. Förder- bewegung der Kraftmaschine zur Ermittlung des Verschleissgrades erfasst werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstempe¬ ratur der Kraftmaschine zur Ermittlung des Ver¬ schleissgrades erfasst wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Ver¬ schleissgrad mit einem Sollwert verglichen und die Differenz verwertet resp. angezeigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich¬ net, dass eine aus Ist- und Sollwert gebildete Differenz des Verschleissgrades oder von Ver- schleissbeiträgen zur Auslösung eines Signales verwendet wird.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert zur Bestim¬ mung eines Unterhalts- oc' ->r Inspektionsinter- vallε vorgesehen wird.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleissgrad zur Ermittlung der Lebensdauer der Kraftmaschine verwendet wird.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Ver¬ schleisswerte an der elektrischen Kraftmaschine oder davon entfernt erfolgt.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleisswerte durch Messen der elektrischen Wirkleistung an wenig¬ stens einer Wicklung des Antriebsmotors der Kraftmaschine ermittelt werden.
15. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der Kraftmaschine (7) und einer Datenerfas¬ sungseinrichtung (9) verbundenen, an eine Stromquelle anschliessbare Steuereinheit (1) sowie einer mit der Datenerfassungseinrichtung (9) leitungsverbundenen elektronischen, nicht flüchtigen Datenauswertungseinrichtung resp. einen Speicherbaustein (14) . 16. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, an einer als Hebezeug, Kran, Lift, Rolltreppe, Transportband oder dgl. Antriebs- oder Förder¬ einrichtung oder Bearbeitungsmaschine ausgebil¬ deten Kraftmaschine.
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