DE4217587C2

DE4217587C2 - Anlagen-Diagnoseverfahren

Info

Publication number: DE4217587C2
Application number: DE4217587A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Kasten
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: DE4217587C1

Description

Das technische Gebiet der Erfindung sind die Anlagen-Diagnoseverfahren zur Beurteilung der sicherheits technischen Zustände in Aufzugs-, Lager- oder Fördereinrichtungen (kurz: Transportanlagen).

Die zu prüfenden Aufzugs-, Lager- oder Fördereinrichtungen (Transportanlagen) weisen in der Regel einen Lager-, Fahr- oder Förderkorb (kurz: Transporteur) auf, der über Seilzüge oder andere Zug- oder Verfahrvor richtungen bewegt wird. Bei einer Aufzugsanlage wird ein Förderkorb - bei Personenbeförderung eine Förder kabine - von einem oder mehreren Tragseil(en) aufwärts und abwärts bewegt. Die Tragseile laufen oben über eine Treibscheibe, die über ein Getriebe von einem Antriebsmotor - hydraulisch oder elektrisch - angetrieben wird. Die Förderkabine oder der Förberkorb werden seitlich an Vertikalschienen geführt. Neben der Führung haben dieselben Vertikalschienen oder andere parallele Vertikalschienen die Aufgabe, Bremskräfte auf den Förderkorb dann auszuüben, wenn eine Notsituation eintritt. Eine Notsituation ist der Katastrophenfall, der bei Bruch des/der Tragseile(s) angenommen wird. Dann fällt der Fahrkorb in freiem Fall abwärts und muß von den Brems- oder Fangvorrichtungen, die auf die Vertikalschienen einwirken mit gesetztlich vorgegebenen Beschleu nigungen (hier: Verzögerungen oder negative Beschleunigung) im Aufzugschacht zum Stillstand gebracht werden.

Die Fangvorrichtungen werden regelmäßig überprüft. Diese Überprüfung geschieht derzeit durch Beladung der Förderkabine mit einer Prüflast. Die Prüflast simuliert einen mit Nennlast - mit Personen - beladenen Fahrkorb. Aus einer Abwärtsbewegung des Fahrkorbes heraus werden nun die Brems- oder Fangvorrichtungen aktiviert und damit geprüft, ob sie die ordnungsgemäßen Bremskräfte bei Nennlast in ihrem derzeitigen Zustand noch aufbringen können.

Dieses Prüfverfahren hat ersichtliche Nachteile. Zum einen müssen hohe Prüflasten bewegt werden und in den Fahrkorb ein- und ausgeräumt werden. Bei regelmäßigen Nennlasten von mehreren hundert Kilogramm stellen diese Prüflasten ein gewichtiges Problem dar. Neben ihrem Gewicht haben sie allerdings noch andere Nachteile, z. B. die durch Unachtsamkeit hervorgerufenen Schäden an den Anlagen, beispielsweise die Beschädigung von Türen, Fahrkörben oder Anstrichen.

Obwohl die ersichtlichen Nachteile auch der Fachwelt geläufig waren, gibt es bisher kein Verfahren, das qualitative sicherheitstechnische Aussagen erlaubt. Erst neuerdings wurde unter dem Namen ADIAS eine Prüfung bekannt, die jüngst auch in die "Technischen Regeln für Aufzüge" aufgenommen wurde. Dieses Verfah ren soll - gemäß den Vorstellungen seiner Entwickler - das Erfordernis der Prüflastbeladung der Fahrkörbe entfallen lassen. Es fußt auf Mittelwerten und Hüllkurven.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Prüflasten abzuschaffen, wobei trotz dieser gravierenden Vereinfa chung qualitative Sicherheitsaussagen von Transportanlagen möglich sein sollen.

Dazu wird ein Verfahren zum Prüfen von Aufzugs-, Lager- oder Fördereinrichtungen (Transportanlagen) gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 1 vorgeschlagen; diese Lehre ist vorzugsweise bei Aufzugsanlagen mit Treibscheibenantrieb anwendbar.

Zur Lösung desselben Problems wird auch eine Vorrichtung - vorzugsweise auch zur Durchführung des genannten Verfahrens - gemäß Anspruch 10 vorgeschlagen.

Gemäß der vorgeschlagenen Verfahrenslehre wird ein Lager-, Fahr- oder Förderkorb (Transporteur) ohne personelle Zuladung und ohne Beschickung mit einer diese simulierenden Prüflast bewegt, um die sicherheits technischen Gegebenheiten, insbesondere die Wirksamkeit der Brems- oder Fangvorrichtung, zu erfassen. Nach Bewegung des Transporteurs mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit wird dieser ruckartig angehalten. Dies geschieht ohne Abschalten des elektrischen oder hydraulischen Antriebes, der erst nach Erreichen des Stillstan des des Transporteurs abgeschaltet werden kann (Anspruch 6). Mit mindestens einem bewegten Bestandteil der Transportanlage - z. B. mit dem Transporteur - ist mindestens ein Beschleunigungsaufnehmer gekoppelt, dessen gemessener Beschleunigungs-Momentanwerteverlauf b(t) aufgezeichnet wird. Anstelle des Beschleuni gungsaufnehmers ist auch ein die Beschleunigungsberechnung ermöglichender anderer Aufneher mit einem bewegten Bestandteil der Transportanlage koppelbar. Dieses Verfahren erlaubt die prüflastlose Diagnose an den genannten Transportanlagen.

Trotz Wegfall der Prüflasten gewährt die genaue Beschleunigungsmessung an dem bewegten Bestandteil die problemgemäße Aussage über die qualitative Sicherheit von Transportanlagen. Aus dem gemessenen oder aufgezeichneten Momentanwerteverlauf der Beschleunigung - bei einer Abbremsung sind dies regelmäßig negative Werte - lassen sich alle für die zuverlässige sicherheitstechnische Beurteilung notwendigen Aussagen entnehmen. Grundlage für die Bewertung der Meßkurve sind das dynamische Lastdiagramm, mit Hilfe dessen die Meßwerte beurteilungsgerecht zugeordnet werden, und das sogenannte Treibfähigkeitsdiagramm. Beide Diagramme können schaltungstechnisch (Analogrechner) oder über zeitdiskrete Berechnungen (z-Transforma tion) mit den Meßwerten kombiniert werden. Unmittelbar nach einer Aufzeichnung kann mit dem erfindungsge mäßen Verfahren - nach Eingabe der relevanten Transportanlagenparameter - der derzeitige Sicherheitszu stand ermittelt und sofort angezeigt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht dabei von der Erkenntnis aus, daß alle Transporteinrichtungen - insbesondere alle Seilaufzüge - sich nach einem vorgegebenen physikalischen Muster verhalten. Dieses physi kalische Muster wird bestimmt durch die konstruktive Gestaltung jedes Aufzuges und kann durch die entspre chenden Differentialgleichungen nachgebildet werden. Individualisiert wird das jeweilige konstruktive Modell durch Eingabe der für den jeweiligen Fall maßgeblichen Parameter, wie Tragfähigkeit, Fahrkorbmasse, Gegen gewichtsmasse, Tragseilgewichtsmasse,... Nach Eingabe der jeweiligen individuellen Werte in das allgemeine Modell läßt sich der Aufzug beschreiben und anhand von einem oder mehreren Beschleunigungs-Momentan wertverläufen sicherheitstechnisch beurteilen. Auszugehen ist dabei regelmäßig von einem schwingungsfähigen System, das in erster Näherung als Feder-Masse-System ausgestaltet ist. Demgemäß werden auch die sich ergebenden Momentanwertverläufe Schwingungsfunktionen sein, die mit vorbestimmter Dämpfung abklingen. Aus den Schwingungsverläufen werden die sicherheitstechnischen Erkenntnisse gezogen. So kann allein der erste Maximalwert/Minimalwert des Momentanwerteverlaufs der Beschleunigung (besser: Abbremsung) den sicherheitstechnischen Zustand einer Transportanlage beschreiben. Insbesondere ist dieser Wert wichtig für die Bestimmung der von den Fang- oder Bremseinrichtungen im Notfall aufgebrachten Bremskraft (Anspruch 2). Kriterien bei den Ermittlungen an diesem ersten Maximum können die Krümmung des Momentanwerteverlau fes, die Amplitude und der Zeitpunkt ihres Auftretens sein.

Auch kann die Frequenz und/oder die Dämpfung aus dem Beschleunigungs-Momentanwerteverlauf ermittelt werden (Anspruch 3). Eng daran angelehnt kann die transportvorrichtungsindividuelle Federkonstante des beschriebenen Feder-Masse-Systems ermittelt werden (Anspruch 4). Werden gar zwei Beschleunigungsaufneh mer vorgesehen, kann aus der Differenz der Beschleunigungs-Momentanwerte eine weitergehende Genauigkeit gezogen werden (Anspruch 5). Dabei werden die beiden Beschleunigungsaufnehmer beabstandet angeordnet und zwar an verschiedenen bewegten Transportanlagen-Bestandteilen. Als besonders geeignet haben sich der Fahrkorb selbst und das oder die Tragseile erwiesen. Die beiden Beschleunigungs-Momentanwerte erlauben die Entkopplung des über die Tragseile mit dem Gegengewicht gekoppelten Systems und ermöglichen die Bestim mung der alleinig von den Fangvorrichtungen aufgebrachten Brems- oder Verzögerungskräfte. Um diese geht es hier maßgeblich, denn sie unterliegen der regelmäßigen Überprüfung.

Werden - entgegen der prüflastlosen Messung - Prüflasten in den Fahrkorb gelegt und die Bremsvorrich tungen mit Nennlast geprüft, so ergibt sich bei einer regelmäßigen Prüfung auch ein regelmäßiger Verschleiß der ohnehin stark beanspruchten Fangvorrichtung. Mit jeder Prüfung wird die Fangvorrichtung schwächer, was nicht Sinn und Inhalt einer Prüfung sein darf. Deshalb schont die Erfindung die zu prüfenden Brems- oder Fangvorrichtungen. Dabei büßt sie nicht an Genauigkeit ein, sondern gewährt im Gegenteil sogar eine höhere Genauigkeit als die herkömmlichen Verfahren, da Entkopplungsberechnungen möglich werden (Anspruch 5). Denkbar ist bei der schonenden Prüfung auch eine Reduzierung des regelmäßigen zeitlichen Prüfabstandes. Anlagen können sich nun selbst überwachen, beispielsweise während der Nacht, und über Fernsignalisierung Überschreitungen oder Unterschreitungen vorgegebener Soll- und Sicherheitswerte signalisieren. Damit wer den erhebliche Kosten eingespart, denn weder werden Prüflasten bewegt, noch muß Fachpersonal vor Ort die Prüfung durchführen. Insgesamt wird das Prüfverfahren damit bei Erhöhung der Genauigkeit sogar vereinfacht.

War vorher von Eingabe von individualisierenden Parametern oder Kennwerten die Rede, so soll nicht unerwähnt bleiben, daß die Praxis Lieferant dieser beschreibenden Kenngrößen ist. Dies betrifft das dynamische Lastdiagramm und das Tragfähigkeitsdiagramm. Beide können bei der Inbetriebnahme der Anlage einmalig und individuell für diese Anlage erfaßt und gespeichert werden. Hilfreich ist dabei die gesetzlich noch vorgeschriebene Verpflichtung, daß Anlagen bei der Installierung und Inbetriebnahme einmal mit Prüflast geprüft werden müssen. Hier findet sich die Quelle der Kenngrößen, die später während der Lebensdauer der Transportvorrichtung - des Personenaufzugs - zu den regelmäßigen prüflastlosen Prüfungen herangezogen werden. Diese Größen entbehren nicht einer unmittelbaren Nähe zu dem individuell zu prüfenden Aufzug (Anspruch 14).

Auf einen besonders günstigen Zeitpunkt zur Messung der Beschleunigungswerte weist Anspruch 7 hin. Er liegt zwischen dem Wirksamwerden der Fangvorrichtung und dem Wirksamwerden des Gegengewichtes auf den von der Fangvorrichtung abgebremsten Fahrkorb. Dies bei weiterhin eingeschalteter Antriebsvorrichtung bzw. Treibscheibe. Aufgrund des Eingriffs der Fangvorrichtungen wird er vergrößert, gleichzeitig bewegt die Antriebseinrichtung die Tragseile weiter abwärts, so daß sie sich entspannen - also keine Kraft des Gegenge wichtes mehr auf den Fahrkorb ausgeübt wird. Die Kraft des Gegengewichtes bildet die Störgröße, die es zu entkoppeln gilt. Da auf der Fahrkorbseite wegen der Bremsung eine definierbare Tragseilkraft Einfluß hat, kann aus der Summe der wirkenden Kräfte bei Kenntnis aller Momentankräfte und der Momentanbeschleunigung auf die Fangkraft geschlossen werden. Noch während des Fangvorganges wird daher das Gegengewicht - ebenfalls verzögernd - auf den Fahrkorb einwirken. Diese Einwirkung ist unerwünscht und stört die Messung, weshalb gerade für die Beschleunigungsmessung der Zeitpunkt gemäß Anspruch 7 gewählt wird. Ihm lassen sich die sicherheitstechnischen entscheidenden Informationen entnehmen.

Unabhängig oder in Kombination mit der beschriebenen/beanspruchten Verfahrenslehre kann die Treibfä higkeit - ein Abbremsen des Transporteurs über die Treibscheibe - schonend, genau und ohne Prüflast, die regulär die 1,5fache Nennlast wäre, geprüft werden (Anspruch 9). Hier wird, von einem charakteristischen sattelförmigen Verlauf der Beschleunigung b(t) ausgehend, auf die Treibfähigkeit geschlossen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Prüfvorrichtung gemäß Anspruch 10 vorge schlagen. Sie weist einen ersten Beschleunigungsaufnehmer an dem Fahr- oder Förderkorb auf. Seine Meßwerte werden bei einem Brems- oder Fangvorgang des Fahr- oder Förderkorbes aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Meßwerte werden einer Prüfeinrichtung zugeführt, die ein physikalisches Modell der Transportanlage enthält. Neben der Prüfeinrichtung ist eine Entscheidungseinrichtung vorgesehen, welche die mittlere Bremskraft oder den Bremskraftverlauf des physikalischen Modells einem vorgeschriebenen Mindestwert oder -verlauf gegen überstellt. Die Gegenüberstellung führt zu einem sicherheitstechnischen Ergebnis; liegt die Bremskraft oder die Bremsverzögerung in einer Bandbreite der gesetzlich vorgegebenen Bremskraft oder -verzögerung, so ist der Nachweis einer funktionsfähigen Aufzugsanlage erbracht.

Das Modell wird - wie oben hinsichtlich des Verfahrens bereits erwähnt - aus einer oder mehreren Meßreihen entwickelt, die bei Inbetriebnahme der Transportanlage - mit Prüflast - erstellt werden.

Auf das Prüfverfahren ADIAS ist bereits verwiesen worden. Seine Beschreibung findet sich sowohl in einer Veröffentlichung in TÜ Band 33 (1922), Nr. 3, Seiten 103 bis 106 (zum Stichwort "Fördertechnik") und in einer inhaltsgleichen deutschen Offenlegungsschrift DE 39 11 391. Unter dem Kürzel verbirgt sich das Aufzugs-Dia gnose-System, bei dem Sensoren am Aufzug angebracht sind und über entsprechende Wandler mit einem Rechner verbunden werden. Mit einer geeigneten Software werden die Meßwerte weiter verarbeitet und bewertet; Ausfluß daraus sind die Eigenschaften eines Aufzugs, insbesondere die Treibfähigkeit, die im System ADIAS eine maßgebliche Rolle spielt. Zur Ermittlung dieser Treibfähigkeit wird eine elektronisch abgetaste te Federwaage von einem Fachmann zum Beispiel am Deckendurchbruch des Fahrtstuhles fixiert und die Treibscheibe gedreht. Dabei steigt die Kraft auf die Federwaage kontinuierlich an, bis das Seil auf der Treib scheibe rutscht. Daraus errechnet ADIAS die Treibfähigkeit. Eine solche Treibfähigkeits-Bestimmung kann ersichtlich nur von Fachpersonal durchgeführt werden und erfordert Montagearbeiten unmittelbar neben dem Antrieb und direkt am Antriebsseil. Wird die von ADIAS auch zur Verfügung gestellte Fangprobe (die Prüfung der Bremsfangvorrichtung) betrachtet, so vernachlässigt diese den Einfluß des Gegengewichtes. Diese Vereinfa chung ist jedoch unzulässig, wenn man sicherheitstechnische Meßwerte ermitteln will, die für den Fall herange zogen werden sollen, bei dem der Einfluß des Gegengewichtes tatsächlich nicht vorhanden ist. Für diesen Fall (Bruch aller Tragseile oder deren Befestigungselemente an Fahrkorb oder Gegengewicht) sind die gesetzlich vorgegebenen Grenzbeschleunigungswerte angegeben, die es bei einer Prüfung nachzugeben gilt. Da die Durchführung einer "Freifallprobe" in der Praxis sehr aufwendig ist, wird unter Einfluß des Gegengewichts geprüft. Dabei ist dieser Einfluß selbstverständlich "störend".

Dieser störende Einfluß bei dieser Prüfung muß daher bei der Wertung der Meßergebnisse berücksichtigt, nicht aber unterdrückt oder vernachlässigt werden. Der tatsächliche Notfall wird also von dem beschriebenen System nicht hinreichend nachgebildet, wenn der Einfluß des Gegengewichtes als störend für die Fangprobe ohne Prüflast bezeichnet wird.

Das mit der Erfindung erläuterte Transportanlagen-Verfahren ist dagegen mit dem Ziel entwickelt, Aufzugs anlagen mit Treibscheibenantrieb im Rahmen regelmäßiger Prüfungen ohne den Einsatz von Prüfgewichten sicherheitstechnisch zu beurteilen, wobei das Gegengewicht berücksichtigt wird.

Theoretische Untersuchungen, die der Erfassung aller wesentlichen Anlagenparameter dienten, führten zu Erkenntnissen, die das Verfahren begründeten. Seine Anwendung führt zu Prüfergebnissen, deren sicherheits technische Aussagen die Ergebnisse bisher eingesetzter Verfahren qualitativ wesentlich verbessern, ja sogar erstmals ermöglichen. Gleichzeitig bietet das Verfahren weitere Vorteile:

- Kosten für die Bereitstellung von Prüfgewichten anläßlich regelmäßiger Prüfungen entfallen.
- Die gesundheitsschädigenden und unfallträchtigen Transportarbeiten zur Bereitstellung der Prüftasten entfallen.
- Schäden an den Anlagen, die durch den Einsatz hoher Überlasten möglich sind und beim Beladegeschäft an Türen und dem Fahrkorb auftreten können, werden vermieden.

Dieses Verfahren kann - unter Einbeziehung moderner Mikroprozessortechniken - Anlagen der Aufzugs-, Förder- und Lagertechnik oder auch andere mechanische Anlagen mit Systemen ausrüsten, die diese Anlagen sicherheitstechnisch überwachen und bei vorgegebenen Abweichungen von bestimmten Sollwerten notwendige Instandhaltungsarbeiten selbständig anzeigen.

Um sicherheitstechnische Sollwerte definieren zu können, ist die Verwendung einheitlicher, vergleichbarer Anlagenparameter erforderlich.

Weiterhin müssen die in den möglichen Grenzen auftretenden Belastungen der einzelnen Anlage ermittelt werden können und in einer geeigneten Form übersichtlich darstellbar sein.

Um diesen Anforderungen genügen zu können, wird ein Arbeitsmittel dargestellt, das diese Aufgaben erfüllt (Dynamisches Lastdiagramm).

Die Erfindungen werden nachfolgend anhand von Darstellungen näher erläutert und hinsichtlich ihrer Wir kungen konkretisiert. Auf die Zeichnung wird dabei im Zuge der Beschreibung verwiesen, herausgegriffen werden sollen kurz:

Fig. 1 als schematische Darstellung eines Treibscheinenaufzuges;

Fig. 4 als Anordnung der Meßwertaufnehmer an und um den Fahrkorb 10, der auch in Fig. 1 ersichtlich ist;

Fig. 5 mit gemessenen Beschleunigungsverläufen bei Inbetriebnahme;

Fig. 11a mit b(t)-Messungen zur Feststellung der Übertragungsfaktoren;

Fig. 12 und 13 als gemessene Beschleunigungen während Bremsvorgängen bei Eingriff der Brems- oder Fangvorrichtungen 11, 12 (gemäß Fig. 4).

Das beispielhaft dargestellte Transportanlagen-Verfahren ist mit dem Ziel entwickelt, Aufzugsanlagen mit Treibscheibenantrieb im Rahmen regelmäßiger Prüfungen ohne den Einsatz von Prüfgewichten sicherheitstech nisch zu beurteilen.

Theoretische Untersuchungen, die der Erfassung aller wesentlichen Anlagenparameter dienten, führten zu Erkenntnissen, die das Verfahren begründeten. Seine Anwendung führt zu Prüfergebnissen, deren sicherheitste chische Aussagen die Ergebnisse bisher eingesetzter Verfahren qualitiativ wesentlich verbessern, ja sogar erstmals ermöglichen. Gleichzeitig bietet das Verfahren weitere Vorteile:

- Kosten für die Bereitstellung von Prüfgewichten anläßlich regelmäßiger Prüfungen entfallen.
- Die gesundheitsschädigenden und unfallträchtigen Transportarbeiten zur Bereitstellung der Prüflasten entfallen.
- Schäden an den Anlagen, die durch den Einsatz hoher Überlasten möglich sind und beim Beladegeschäft an Türen und dem Fahrkorb auftreten können, werden vermieden.

Dieses Verfahren kann - unter Einbeziehung moderner Microprozessortechniken - Anlagen der Aufzugs-, Förder- und Lagertechnik oder auch andere mechanische Anlagen mit Systemen ausrüsten, die diese Anlagen sicherheitstechnisch überwachen und bei vorgegebenen Abweichungen von bestimmten Sollwerten notwendige Instandhaltungsarbeiten selbständig anzeigen.

Das Verfahren kann grundsätzlich an allen mechanischen Anlagen eingesetzt werden. Wegen seiner Präferenz für den Einsatz an Aufzugsanlagen soll es am Beispiel eines Treibscheibenaufzugs erläutert werden.

Der jeweilige konstruktive Aufbau der zu untersuchenden Anlage bildet die Grundlage für die Anwendung des Verfahrens. In der Fig. 1 ist der Aufbau eines Treibscheibenaufzugs dargestellt, der hier beispielhaft heran gezogen werden soll. Bewußt wurde eine Aufzugsanlage mit Getriebe gewählt, da die besonderen Problemstel lungen bei Anlagen mit Getrieben vom Verfahren berücksichtigt wird und seine Behandlung dadurch im Rahmen des Verfahrens erläutert werden kann.

Dargestellt ist eine Treibscheibe 5, um die ein Mehrfach-Tragseil 4 gelegt ist. Beidseits sind Gewichte angebracht, ein Gegengewicht 30 und ein beladbarer Fahrkorb 10.

Das Tragseil 4 teilt sich in die Abschnitte 4a, 4b, jeweils links und rechts der Treibscheibe 5. In gleicher Weise ist ein Unterseil 7 mit Abschnitten 7a, 7b beidseits der unteren Umlenkscheibe 8 vorgesehen und am jew. unteren Ende von Fahrkorb 10 und Gegengewicht 30 befestigt.

Die obere Treibscheibe 5 wird mittels Getriebe 3 und Antriebsmotor 1 angetrieben und kann von einer Bremse 2, die zwischen Motor 1 und Getriebe 3 eingreift, stillgesetzt werden.

Aus dem konstruktiven Aufbau ergeben sich 2 Systeme mit nachfolgend aufgeführten Parametern, die das Anlagenverhalten in sicherheitstechnischer Hinsicht bestimmen.

Die Schnittstelle zwischen beiden Systemen, die vereinbarungsgemäß mit S1 = Primärsystem und S2 = Sekun därsystem bezeichnet werden sollen, wird innerhalb des Getriebes 2 an der Stelle definiert, wo sich beide Systeme durch die unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten voneinander abgrenzen. Diese Definition ist deswegen von Bedeutung, weil das Verlustdrehmoment, das am Flankeneingriff Schnecke/Schneckenrad des Getriebes 2 auftritt, in Abhängigkeit des im Flankeneingriff wirkenden Drehmoments kein lineares Verhalten hat. Das Getriebeverlustdrehmoment wird dem Sekundärsystem S2 zugeordnet.

Anlagendaten:

System: Seilaufzug mit Treibscheibe
Antrieb: Drehstrommotor mit Schneckengetriebe
Aufstellung: Triebwerk über dem Fahrschacht
Aufhängung: 1 : 1

Primärsystem:

Tragfähigkeit Q
Fahrkorbmasse F
Gegengewichtsmasse G
Tragseilgewichtsmasse S
Untergurt-/Unterseilmasse SU
Hängekabelmasse für die Hubhöhe HK
Seilspanngewichtsmasse SP
Trägheitsmoment der translator. Primärmassen I11
Trägheitsmoment der rotatorisch. Primärmassen I12 (1)
Treibfähigkeit der Treibscheibe T2/T1 (2)
Fangkraft der Fangvorrichtung am Fahrkorb Ffv (3)
Dämpfungsfaktor Fahrkorbseite df (4)
Dämpfungsfaktor Gegengewichtsseite dg (4)
Dämpfungsfaktor Primärsystemlagerungen d1 (4)
Federkonstante Fahrkorbseite cf (5)
Federkonstante Gegengewichtsseite cg (5)

Sekundärsystem:

Trägheitsmoment Sekundärsystem I21 (6)
Bremsmoment der Triebwerksbremse Mb
Dämpfungsfaktor Sekundärsystem c2 (4)
(Lagerreibung und Verzahnungsverlustmoment) (4)

Zu den Anmerkungen:

(1) Trägheitsmoment von Treibscheibe, Welle, Schneckenrad,
(2) Vermögen der Treibscheibe, an ihr wirkende Differenzkräfte bis zu einem bestimmten Seilkraftverhältnis zu übertragen.
(3) Mittleres Bremskraftvermögen der Fahrkorbfangvorrichtung.
(4) Reibungsverluste, die der Bewegungsrichtung stets entgegenwirken und als prozentualer Anteil der jeweili gen Bezugsgröße definiert sind.
(5) Mittlere Federkonstante der jeweiligen Massenaufhängung für einen bestimmten Höhenfaktor (Trag seil + federnde Tragseilausgleichselemente).
(6) Trägheitsmoment aller rotatorischen Massen des Sekundärsystems.

Die Sicherheit einer Anlage wird von den möglichen Gefahrenzuständen, die von ihrer konstruktiven Gestal tung bestimmt werden, und der Sicherheitsphilosophie zur Anlagenart definiert. Der Sicherheitsstandard, der einen Kompromiß zwischen Aufwand und "Nutzen" darstellt, ist in einschlägigen gesetzlichen Bestimmungen festgelegt. Hinsichtlich der mechanischen Sicherheit werden für den hier zu behandelnden Treibscheibenaufzug nachfolgende sicherheitsrelevante Forderungen erhoben:

1. Die Triebwerksbremse

Die Triebwerksbremse muß das Lastaufnahmemittel in allen Betriebszuständen zuverlässig stillsetzen kön nen. Ein Kreis einer Zweikreisbremse muß das Lastaufnahmemittel verzögern können.

2. Die Treibfähigkeit

Die Treibfähigkeit einer Treibscheibe wird nach vorgegebenen Berechnungsmethoden ermittelt. Sie muß größer sein, als das theoretische ungünstigte statische Seilkraftverhältnis, vervielfacht um einen vorgegebenen Beschleunigungsfaktor: phie (a) = [g + a]/[g - a], wobei a der Beschleunigungsmomentanwert ist (auch mit b oder -in normierter Form - mit g' bezeichnet).

3. Die Fangvorrichtung

Die Fangvorrichtung, ein Fahrkorb-Notbremssystem, muß den "Katastrophenfall" - Bruch der Tragmittel - abdecken und den Fahrkorb bei vorgegebener Übergeschwindigkeit unter den Bedingungen des "Freien Falls" abbremsen können.

Grenzwerte: Bremsfangvorrichtungen müssen den mit Nutzlast beladenen Fahrkorb mit min. 0,2 g und max. 1,4 g verzögern können (g = 9,81 m/sec²).

Sie sind schematisch in Fig. 4 dargestellt. Bremskraft übertragende Halteelemente 11a, 11b sind dabei einer seits fest am Tragrahmen 10a des Fahrkorbs 10 angeordnet und andererseits rollend oder gleitend an/in der Vertikalschiene 40 geführt. Keile 12a, 12b übertragen - im eingefahrenen Zustand - die Bremskräfte von der Schiene 40 auf den Fahrkorb 10. Ihre Einschiebevorrichtung, die geschwindigkeitsgesteuert sein kann, ist nicht dargestellt.

4. Puffer

Puffer müssen in der Lage sein, den mit Nutzlast beladenen Fahrkorb oder das Gegengewicht beim Auffahren mit Betriebsgeschwindigkeit mit einer mittleren Verzögerung von max. 1,0 g zum Stillstand bringen.

Prüfanweisungen, die in den gesetzlichen Rahmen eingebunden sind, regeln die Einhaltung der Vorgaben. Hier wurde bisher der Einsatz großer Prüflasten gefordert, um dem Problem des Fehlens eines geeigneten Prüfverfahrens zu begegnen. Erst seit kurzer Zeit ist ein Verfahren, das vom TÜV Bayern erarbeitet wurde, als Ersatzprüfverfahren zu den Prüfverfahren mit Belastungsgewichten (bedingt) zugelassen, d. h. es wird in Kürze in die "Technischen Regeln Aufzüge" aufgenommen. Dieses Verfahren kann zu Fehlschlüssen führen.

Das hier vorgestellte Verfahren ist dagegen praktisch leicht handhabbar, erfaßt den individuellen Systemcha rakter jeder einzelnen Anlage, erlaubt objektive Beurteilungsmaßstäbe und bietet erstmals qualitative sicher heitstechnische Aussagen. Fehlschlüsse treten aufgrund der Orientierung an Momentanwerten der Beschleuni gung nicht auf.

Das dynamische Lastdiagramm ist Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens und basiert auf der graphischen Darstellung der Verknüpfung beider Differenzgleichungen der einzelnen Teilsysteme der Anlage. Es bildet die Schnittstelle zu den durchzuführenden Messungen am Betriebsort der Anlage und erlaubt deren qualitative Einordnung.

Um die Anlagenparameter als einheitliche Bezugsgrößen behandeln zu können, werden alle benötigten Daten auf die Tragfähigkeit (auch Nennlast oder Nutzlast genannt) der betreffenden Anlage relativiert und auf die Winkelgeschwindigkeit und den Treibscheibenradius normiert. Die Parameter werden dadurch zu dimensionslo sen Zahlenwerten, die in der Differentialgleichung des Systems nach Gleichung (2) mit der Relativbeschleuni gung g' = a/g einfach zu handhaben sind. Alle normierten Werte sollen vereinbarungsgemäß mit kleinen Buch staben als Formelzeichen angegeben werden.

Beispiele für Normierung:

- Treibscheibenradius rTS = 0,30 m
- Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten w2/w1 = 25

Zur Differentialgleichung des Systems:

Die allgemeine Differentialgleichung des dynamischen Massensystems Treibscheibenaufzug lautet wie folgt:

ΣM - ΣI . dw/dt = 0 (1)

unter Verwendung der umgewandelten Parameter kann sie in der Form

Σm = Σi . g' (2)

verwendet werden. Zur Darstellung im dynamischen Lastdiagramm sind die beiden Einzelsysteme vorerst verlustfrei und ohne den Einfluß der Komponenten Triebwerksbremse und Antriebsmotor getrennt voneinan der zu betrachten. Dies hat u. a. den Vorteil, daß das für die Höhe des Getriebeverlustmoments maßgebende Moment an der Getriebeverzahnung in seiner wirkenden Größe ersichtlich wird. D. h.:
Bremsmoment mb = 0
Antriebsmoment ma = 0

Die Massenträgheit der zum Zeitpunkt der Betrachtung maßgebenden Gesamtmasse der translatorischen Massen wird dabei als relativiertes Massenträgheitsmoment I11 oder i11 bezeichnet. Das an der Systemgrenze wirkende Moment wird dabei als m1 für das Primär- und m2 für das Sekundärsystem bezeichnet. Die sich aus den Massenkräften ergebenden Momente werden mit mf für die Fahrkorbseite und mit mg für die Gegenge wichtsseite angegeben.

Primärsystem: m1 = mf - mg - (i11 + i12) . g' (3)

Sekundärsystem: m2 = i21 . g' (4)

dabei gilt: m1 = - m2 (5)

Zum Höhenfaktor h

Die relativierten Anlagenwerte mf, mg und i11 sind hinsichtlich ihres Betrags je nach konstruktiver Ausfüh rung der Anlage mehr oder weniger abhängig von der örtlichen Position des Fahrkorbs im Fahrschacht. Da dieser Umstand für die sicherheitstechnische Beurteilung bedeutend sein kann, ist diese Abhängigkeit zu ermit teln und bei den Untersuchungen zu berücksichtigen. Dabei werden die folgenden Vereinbarungen getroffen:

Fahrkorb in unterster Stellung: h = 0 (6)

Fahrkorb in oberster Stellung: h = 1 (7)

Die vom Höhenfaktor h bestimmten Massenverhältnisse ergeben sich entsprechend folgender Beziehungen:

mf = f + q + s(1 - h) + su . h + hk . h (8)

mg = g + s . h + su(1 - h) (9)

i11 = mf + mg (10)

Die Darstellung im dynamischen Lastdiagramm ist für die möglichen Grenzwerte der lastmäßigen Auslegung und des Höhenfaktors erforderlich, um die Belastungsstruktur übersehen zu können.

q0 = 0.0/q1 = 1.0

h = 0/h = 1

Damit sind die maximalen Lastzustände einer Anlage, in deren Grenzen sich alle möglichen Lastzustände bewegen, dargestellt.

Für die jeweils größere translatorische Masse des Primärsystems wird die positive Wirkungsrichtung ange nommen. Das resultierende relativierte (normierte) Moment wird entsprechend als positiv betrachtet. Dadurch werden alle möglichen Primärzustände in den oberen Quadranten des Koordinatensystems darstellbar. Das Moment des Sekundärsystems m2, das mit dem Primärmoment im Gleichgewicht steht, wird vereinbarungsge mäß in gleicher Wirkungsrichtung dargestellt. Hierdurch kann die verlustfreie Selbstbeschleunigung des Ge samtsystems im Schnittpunkt beider Funktionen graphisch dargestellt werden.

Die Relativbeschleunigung g' wird entsprechend o. a. Definition ebenfalls für die positive Wirkungsrichtung der größeren Masse als positiv angenommen.

Das dynamische Lastdiagramm ist damit ausreichend definiert und darstellbar. Mit den Parametern des Beispiels B2 ist es in Fig. 2 dargestellt:

Primärsystem

Beispiel B2
Q = 1000 kg	q = 1,00
F = 1450 kg	f = 1,45
G = 1950 kg	g = 1,95
S = 250 kg	s = 0,25
SU = 0 kg	su = 0,00
HK = 100 kg	hk = 0,10
I12 = 2,70 kgm²	i11 = 0,03

Sekundärsystem
I2 = 1,20 kgm²	i21 = 8,33

Die jeweiligen Schnittpunkte, die die Größe der Selbstbeschleunigung des Systems für den momentanen Höhenfaktor bei verlustfreier Betrachtung bestimmen, sind auch analytisch zu ermitteln:

g' = (mf - mg)/(i11 + i12 + i2) (11)

Es sei hier besonders darauf hingewiesen, daß alle Zusammenhänge, die auf den Grundlagen des dynamischen Lastdiagramms beruhen, mit entsprechenden Verfahren bearbeitet werden können und dadurch die Qualität und die Zeitdauer der Diagnosen zunehmend verbessern können.

Die im Lastdiagramm dargestellten Geraden werden Lastgeraden genannt. Ihre Kennzeichnung hat folgende Bedeutung:

Lastgeradenkennzeichnung: 0,0/1,0
Lastfaktor q = 0,0/Höhenfaktor h = 1,0

Jede Lastgerade entspricht der momentanen dynamischen Lastsituation der Anlage. Sie ändert sich im Betrieb entsprechend der Funktion

m1 = f(q, h).

Meßergebnisse, die nachfolgend beschrieben werden, können daher nur aus Kurzzeitmessungen gewonnen werden.

Alle Widerstände, die innerhalb des Systems vorwiegend in Form von Reibungskräften auftreten, sollen als Dämpfung bezeichnet werden. Die Einflüsse der Dämpfung sind hinsichtlich der Bewertung von Messungen, die nachfolgend erläutert werden, nicht unerheblich und daher zu berücksichtigen.

Wie bereits erwähnt, werden Dämpfungsfaktoren definiert, die hinsichtlich ihrer Größe wieder auf die Nennlast bezogen werden sollen.

Beispiel B3:

Gesamtwiderstände auf der Fahrkorbseite: Frf = 392 N
Fahrkorbmasse: F = 1000 kg
Dämpfungsfaktor: df = Frf/F . g = 0,04

Theoretische Betrachtungen zu den möglichen Widerstandseinflüssen haben ergeben, daß die Widerstände in ihrer betraglichen Höhe für beide Dreh-/Bewegungsrichtungen einer bestimmten Belastungssituation mit aus reichender Genauigkeit als gleich groß angenommen werden können. Somit ist eine bestimmte Belastungssitua tion von folgenden Parametern gekennzeichnet:

1. Nutzlastfaktor	q
2. Höhenfaktor	h
3. Anlagendämpfung	d

Durch diese 3 Faktoren wird die Lastsituation einer Anlage in jeder momentanen Betriebssituation bestimmt.

Alle Dämpfungsfaktoren sind mehr oder weniger stark geschwindigkeitsabhängig. Die nachfolgend definier ten Faktoren können daher nur mit Faktoren verglichen werden, die auf gleichem Geschwindigkeitsniveau ermittelt wurden. Die Anlagendämpfung d ist die Summe der beiden Teilsystem-Dämpfungsfaktoren d1 (Primär dämpfung) und d2 (Sekundärdämpfung).

d = d1 + d2 (12)

Da die Primärdämpfung für die Einordnung bestimmter Meßergebnisse nicht unerheblich ist, soll sie näher betrachtet werden. Diesen Faktor kann man in 2 weitere Teilfaktoren aufteilen, die jeweils für eine Lastseite gelten.

d1 = df + dg (13)

Um spätere sicherheitstechnische Beurteilungen zu ermöglichen, ist die Einführung des Primärdämpfungsver hältnisses vd1 erforderlich.

vd = dg/df (14)

damit werden:

df = d1/(1 + vd) (15)

und

dg = d1 . vd/(1 + vd) (16)

Auf die Bedeutung der einzelnen Dämpfungsfaktoren soll bei der Erläuterung der jeweiligen Verfahrensteile eingegangen werden.

Hier sei nur erwähnt, daß die Getriebedämpfung - gleiche Winkelgeschwindigkeit unterstellt - hinsichtlich ihrer betraglichen Höhe jeweils von dem in der Verzahnung wirkenden Moment

m1 = -m2

bestimmt wird und hier mit zunehmendem Moment m1 progressiv ansteigt.

In der Fig. 3 sind die Dämpfungsfaktoren im dynamischen Lastdiagramm am Beispiel einer bestimmten Lastgeraden dargestellt. Hier ist zu erkennen, daß sich die Selbstbeschleunigungswerte g' entsprechend der Gesamtdämpfung d in ihrer betraglichen Höhe mit zunehmender Dämpfung voneinander entfernen.

Erläuterung von verwendeten Faktoren bei der Seilkraft-Verhältnisdämpfung; sie gilt für mf < mg:

Statische Seilkraft-Verhältnisdämpfung sds

S2/S1 = mf/mg . sds = mf - df/mg - dg
sds = mg/mf.(mf - d1/(1 + vd))/(mg - d1.vdy/(1 + vd))

Dynamische Seilkraft-Verhältnisdämpfung sdd Fahrkorb abwärts:

S2/S1 = mf/mg . sds = mf - df/mg + dg
sdd = mg/mf.(mf - d1/(1 + vd))/(mg + d1.vd/(1 + vd))

Fahrkorb aufwärts:

S2/S1 = mf/mg . sds = mf + df/mg - dg
sdd = mg/mf . (mf + d1/(1 + vd))/(mg - d1.vd/(1 + vd))

Nach Darlegung der physikalischen Ausgangspunkte nun zu den Verfahren selbst.

Die Verfahren basieren auf dynamischen Messungen, deren Ergebnisse unmittelbar über entsprechende Schnittstellen in einen tragbaren Computer eingegeben werden und hier verarbeitet und sicherheitstechnisch relevante Größen angezeigt werden. Grundlage hierfür bilden die Anlagendaten und deren Umsetzung im dynamischen Lastdiagramm. Neben der programmtechnischen Bearbeitung der Meßdaten kann auch eine entsprechende Schaltungsanordnung konzipiert werden, die mit den Meßdaten gespeist wird.

Bestehende Anlagen werden vor Einführung des Prüfverfahrens erstmalig noch einmal mit Prüflasten geprüft. Dabei werden Referenzwerte ermittelt, die bei späteren Prüfungen ohne Belastungsgewichte zwecks Einordnung herangezogen werden. Bei Neuanlagen sind im Rahmen der Abnahmeprüfung (Prüfung vor erster Inbetriebnahme) - sie ist stets unter Einsatz von Prüfgewichten durchzuführen - Meßer gebnisse zu ermitteln und als Referenzwerte festzuhalten. Bei nachfolgenden regelmäßigen Prüfungen ist der Einsatz von Prüfgewichten dann nicht mehr erforderlich.

Zur Durchführung der dynamischen Messungen sind je nach Anlagenart 1-3 Meßwertaufnehmer 20, 21a, 21b, 22, 22a einsetzbar, die als Meßstelle bezeichnet werden (vgl. Fig. 4).

Die Meßstelle 21a - M1 - ist ein Drehwinkelgeber mit Meßpunkt auf/an einem Tragseil 4a, 7 der Fahrkorb- oder Gegengewichtsseite; alternativ: Beschleunigungsaufnehmer 21b mitlaufend an dem Tragseil 4a befestigt. Wenn die Messung mit Drehwinkelgeber eingesetzt wird, übertragen Rollen 23, 24 die Bewegung der Tragseile 4a, 4b auf den/die Meßgeber 21a, 22. Hinsichtlich der Genauigkeit bei stark schwingenden Tragseilen ist auch ein magnetischer Sensor anzuraten. Er erfaßt die Seilgeschwindigkeit berührungslos und ist daher relativ unemp findlich gegen Seilschwingungen.

Die Meßstelle 20 - M2 - ist ein Beschleunigungsaufnehmer 20, der auf der oberen Tragrahmentraverse 10a des Fahrkorbs 10 - mittig - angeordnet ist.

Bei Anlagen mit gespannten Unterseilen kann der dritte Beschleunigungsaufnehmer eingesetzt werden. Er ist nur erforderlich, sofern die Federeinspannungen oberhalb und unterhalb des Fahrkorbrahmens 10a wesentlich voneinander abweichen.

Die Meßstelle 22a - M3 - ist als Beschleunigungsaufnehmer mitlaufend an einem Unterseil 7 befestigt. Die Meßstelle 22 ist an dem Unterseil 7a angelegt. Das zur Meßstelle 21 Erläuterte hat hier entsprechend Geltung. Der Aufbau der Meßwertaufnehmer ist in der Fig. 4 dargestellt.

Wenn feste Meßwertleitungsverbindungen nicht erwünscht sind, erfolgt die Datenübertragung der Meßstel len 2 und 3 mittels funktechnischer Einrichtungen. Soll auch dies vermieden werden, so kann die Speicherung aller Meßwerte in einem Gerät erfolgen, welches mit dem Fahrkorb mitfährt.

Das Vorgehen sieht nun folgendermaßen aus, wobei einzelne Verfahrensschritte I/1, I/2, ... auch losgelöst vom Gesamtverfahren eingesetzt werden können.

Teil I Prüfung mit Belastungsgewichten: - erstmalig vor erster Inbetriebnahme von Anlagen oder vor Einsatz des Verfahrens I/1 Erfassung aller Anlagendaten:

Alle relevanten Anlagendaten werden zwecks Verarbeitung in einem PC, Prozeßrechner o. ä. gespeichert, um für das Prüfprogramm verfügbar zu sein. Als Unterlage für den Prüfer wird auf Grund dieser Daten ein Datenblatt erstellt, das alle wichtigen sicherheitstechnischen Werte beinhaltet. Diese Datenblätter sind nach Einsatz einer leistungsfähigen Speicherbank - auf den Grundlagen dieser Verfahrenserkenntnisse - nicht mehr erforderlich, da das Programm nach Eingabe beziehungsweise Aufnahme aller Daten diese Arbeit über nehmen kann.

I/2 Prüfung von Betriebsgeschwindigkeit und Förderhöhe:

Zur Prüfung werden die Fahrkurven der Anlage bei beiden Lastsituationen (q = 1/q = 0) aufgenommen. Diese Kurven werden mit Meßwertaufnehmer M2 als Beschleunigungsverläufe aufgenommen und gespeichert. Durch entsprechende Integration der Meßkurven können folgende Anlagendaten exakt geprüft und Schwachstellen erkannt werden (siehe Fig. 5).

1. Genaue Förderhöhe in m
2. Betriebsgeschwindigkeit in m/s
3. Geschwindigkeitsverhalten (Abweichungen, Stabilität, Lastabhängigkeit, etc.)
4. Besondere Fahrwiderstände.

I/3 Prüfung des Gegengewichtsausgleichs:

Die Einhaltung des "Gegengewichtsausgleichs" (exakte Ausführung der berechneten Gegengewichtsmasse) ist ein wesentliches sicherheitstechnisches Merkmal. Die exakte Realisierung wird durch zwei Selbstbeschleuni gungsversuche mit der vorher rechnerisch ermittelten Ausgleichsprüflast geprüft.

Dabei wird der Fahrkorb mit der Ausgleichslast beladen. Bei dem entsprechenden Höhenfaktor wird der Anlagenantrieb abgeschaltet und bei offen gehaltener Triebwerksbremse die Selbstbeschleunigung in beiden Bewegungsrichtungen mittels Meßwertaufnehmer M2 ermittelt (die Messung erfolgt stets aus der Nennge schwindigkeit heraus).

Wenn die Beschleunigungswerte sich für beide Bewegungsrichtungen als gleich groß herausstellen, sind die angegebenen Anlagenmassen richtig ausgeführt worden. Der Beschleunigungswert wird Ausgleichsbeschleuni gung (g'a) genannt. Die Situation im dynamischen Lastdiagramm enthält Fig. 6.

I/4 Ermittlung der Ausgleichsdämpfung:

Ist der Gegengewichtsausgleich richtig eingestellt worden,

g'u = g'd = g'a (17)

(u = Selbstbeschleunigung Up/d = Selbstbeschleunigung Down), so kann die Ausgleichsdämpfung ermittelt wer den. Es wird zu der Ausgleichslast so viel Last zugeladen, daß sich die Beschleunigung g'd = 0 einstellt. Die sich für diesen Fall ergebende Überlast, bezogen auf die Ausgleichslast, ergibt die Ausgleichsdämpfung (da). Dieser Betrag wird für spätere Beurteilungen benötigt. Die Darstellung im dyn. Lastdiagramm zeigt Fig. 7.

I/5 Aufnahme der Anlagenkennlinien:

Die Ermittlung der Anlagen-Kennlinien erfolgt mittels Anwendung der unter I/3, I/4 bereits erläuterten Selbst beschleunigungsmessungen mit mehreren Nutzlastfaktoren. Die Aufnahme ist in der Fig. 8 dargestellt. Messun gen erfolgten beispielhaft bei den Lastgeraden 0.0/0.5; 0.25/0.5; 0.75/0.5; 1.0/0.5; 1.25/0.5 und 1.5/0.5. Mit den Werten der Ausgleichsbeschleunigung (I/3) und der Ausgleichsdämpfung lassen sich die Kennlinien mit ausrei chender Genauigkeit darstellen.

Hier sei noch einmal erwähnt, daß alle Meßwerte in das im Rechner gebildete Modell fließen und hier entspre chend der Zusammenhänge, die sich aus dem dynamischen Lastdiagramm ergeben, ausgewertet werden können.

I/6 Festlegung der Prüflastgeraden:

Nachdem dem Verfahren die Anlagenkennlinien zur Verfügung stehen, kann es unter Verwendung aller Daten und dem entsprechendem Modell eine Prüf-Lastgerade ermitteln, die für die späteren Messungen ohne Prüfge wichte optimale Bedingungen bietet. Diese Lastgerade wird den Nutzfaktor q = 0.0 und i.R. einen Höhenfaktor im oberen Bereich ausweisen. Hier soll zur weiteren Erläuterung der Höhenfaktor 0,8 angenommen werden.

I/6a Festlegung von Ausgleichslast-Referenzwerten:

Um für die späteren Prüfungen ohne Prüflasten Referenzwerte für die Prüfung der sicherheitstechnisch bedeut samen Ausgleichslast zu ermitteln, werden die Selbstbeschleunigungswerte bei der ermittelten Prüf-Lastgera den gemessen. Diese Werte werden dokumentiert und bei späteren Messungen zum Vergleich herangezogen. Mit den ermittelten Anlagenkennlinien ist der meßtechnische Nachweis auch dann möglich, wenn sich die Anlagendämpfung verändert, d. h. Reibungsverluste in Folge mangelnder Wartung oder zunehmenden Ver schleißes erhöhen oder sich u. U. durch besseren Einlauf der Anlage verringern. Der Bezug zur Anlagenkennlinie ist wegen der Ermittlung der Selbstbeschleunigung für beide Bewegungsrichtungen stets gegeben und für die "richtige" Ausgleichslast stets charakteristisch (siehe hierzu Fig. 9).

I/7 Prüfung der Bremssicherheit:

Die Beschleunigungswerte, die bei der Bremsung des Systems mit jedem Einzelkreis der Triebwerksbremse 2 gemessen werden können, werden vom Verfahren ausgewertet und auf die Lastgerade bezogen, die die größt mögliche Bremsbelastung darstellt. Hierdurch können Bremssicherheitswerte definiert werden, die vom Rech ner ausgegeben werden können. Die (negativen) Bremsbeschleunigungen werden für die Lastgeraden 1.0/0.8 und 0.0/0.8 jeweils für beide Bewegungsrichtungen durchgeführt. Dadurch ergeben sich weitere Daten für die Anlagenkennlinien, die diese hinsichtlich ihrer Aussagekraft weiterhin verbessern. Die jeweilige Bremsbeschleu nigung ergibt sich im dyn. Lastdiagramm durch Parallelverschiebung der Sekundärlastlinie bis zur Höhe des relativierten/normierten Bremsmoments (Fig. 10).

I/8 Prüfung der Treibfähigkeit:

Die Treibfähigkeit der Treibschiene bestimmt maßgeblich die Sicherheit der Anlage. Um die Belastugen, denen die Treibfähigkeit standhalten muß, übersehen zu können, werden die statischen Belastungen für den Bereich der Nutzlast q = 0 bis q = si.1 für beide Endlagen des Fahrkorbs in einem Treibfähigkeits-Diagramm dargestellt; si = Sicherheitsbeiwert von 1,5 (heute noch üblich).

Der berechnete Treibfähigkeitswert der Treibscheibe kann den dargestellten Belastungen als Gerade gegen übergestellt werden. Damit ist die theoretische Sicherheit gegenüber einem "Abrutschen" ersichtlich und die Grenzbelastug bestimmbar. Da diese theoretischen Bedingungen in der Praxis nicht konstant sind, gilt es, die Toleranzen und Abhängigkeiten im Rahmen der betriebsmäßig auftretenden Randbedingungen so zu erfassen, daß sie mit ausreichender Sicherheit beurteilbar werden.

Definitionen:

T2/T1 = exp(f(µ0) . β) + VTH (18)

hierin ist µ0 der Haftreibungswert und VTH das übertragbare Seilkraft-Verhältnis bei Haftreibung.

T2/T1 = exp(f(µ) . β) + VTG (19)

hierin ist µ der Gleitreibungswert und VTG das übertragbare Seilkraft-Verhältnis bei Gleitreibung. Die Gefahr des Abrutschens besteht ab der Bedingung:

S2/S1 < = VTH (20)

Diese Bedingung kann bei 2 Betriebszuständen auftreten: Fall 1: Der Fahrkorb wird statisch überlastet (q < = qkrit).
m2 = mf < mg = m1
m1 = mf < mg = m2
m2/m 1 . sds < = VTH (21)

Dabei stellt sich folgende Gleichgewichtsbedingung ein:

m2/m1 . sdd . phie(a) = S2/S1 . phie(a) = VTG (22)

Für Anlagen mit gespannten Unterseilen, die hier nicht weiter betrachtet werden sollen, gilt die Beziehung:

bei Einsatz des Grenzfalls von (21) in (22) wird:

phie(a) = VTG/VTH . sds/sdd (23)

Aus diesem Beschleunigungsfaktor läßt sich eine Grenzlastbeschleunigung definieren. Ein Wert, der jedem Aufzug eigentümlich ist und maßgeblich von der Konstruktionsart bestimmt wird.

Fall 2

Betriebliche Beschleunigungen führen zur Überschreitung von VTH. Für diesen Fall gilt folgende Gleichge wichtsbedingung:

phie(a) = VTG/VTH . sdd/sdd (24)

und somit: phie(a) = VTG/VTH (25)

Die kritische dynamische Belastung liegt unterhalb der kritischen statischen Belastung und kann daher zur Beurteilung herangezogen werden. Bestimmt wird sie nach (22) zu:

m2/m1 . sdd . phie(a) = VTG (26)

Die Massen m2 und m1 sowie die exakt meßbaren Beschleunigungswerte sind für den jeweiligen Meßpunkt genau bestimmbar. Der Faktor "VTG/sdd", der hier als unterer Übertragungsfaktor neu definiert werden soll, kann somit meßtechnisch erfaßt werden und bietet ausreichendes Beurteilungskriterium für die Treibfähigkeit. Wichtig für die Beurteilung dieses sicherheitstechnischen Kriteriums ist das Auftreten eines ausgeprägten Seilrutsches auf der Treibscheibe. Um diesen Seilrutsch zu erzielen, ist die Triebwerksbremse 2 härter einzustel len oder externe Bremskraftverstärkungsmechanismen einzusetzen. Bei den erstmaligen Abnahmeprüfungen oder vor Einsatz des Verfahrens sind der obere und der untere Übertragungsfaktor für alle Lastzustände zu ermitteln. Hierdurch können die folgenden Abhängigkeiten in Form einer Kurve erfaßt und dokumentiert werden.

Oberer Übertragungsfaktor ÜFo = VTH/sdd = f(q) (28)

Unterer Übertragungsfaktor ÜFu = VTG/sdd = f(q) (29)

Hierdurch ergibt sich eine individuelle Übertragungscharakteristik für die jeweilige Anlage, die bei der Beurteilung späterer Messungen ohne Prüflast zu Beurteilung herangezogen werden kann (siehe Fig. 11). Messungen zur Feststellung der Übertragungsfaktoren enthält Fig. 11a. Der dargestellt sattelförmige Verlauf zeigt an seinem ersten Maximum a₀ das Ende der Haftreibung der Tragseile 4, 4a auf der Treibscheibe 5 und den Beginn der Gleitreibung an, weshalb sich auch die Bremsung verringert. Das folgende Tal (Minimum a_u) kennzeichnet den umgekehrten Übergang von der Gleitreibung zur Haftreibung oder einer Mischung daraus, weshalb die Kraft/Bremsung sich wieder verstärkt. Bei großer Last treten geringere Beschleunigungen auf (Parameter q = 1.5). Bei der damit verwirklichbaren Treibfähigkeitsprüfung kommt es auf das Kraftverhältnis an. Als Richtwert soll bei Gleitreibung eine Mindestbremsbeschleunigung von etwa 0.09 erreicht werden. Dies kann nun geprüft werden, wenn das genannte statische Kraftverhältnis mit dem bereits definierten Beschleunigungs faktor phie(a) multipliziert wird und sich daraus das dynamische Kraftverhältnis berechnen läßt.

I/9 Prüfung der Fangvorrichtung 11, 12, 40:

Bei dieser Prüfung ist der Nachweis zu führen, daß die Fangvorrichtung 11, 12 den in den Regelwerken geforderten Randbedingungen bei alten Lastsituationen genügt. Diese Randbedingungen beziehen sich auf den "freien Fall" und definieren für die Anlagen mittlere Mindest- und Höchstfangkräfte (Bremskräfte).

ffv = < (f + q) . (g + bmin) (30)

ffv = < (f + q) . (g + bmax) (31)

mit bmin = < sf . g = < bmax gilt:

ffv = (f + q) . g . (1 + sf) (32)

Um diese Bremskräfte meßtechnisch nachweisen zu können, ist wegen der im Betrieb ständig wirkenden Gegengewichtsmasse 30 ein besonderer Prüfvorgang vorgesehen. Zusätzlich sind vor diesen Messungen anla genspezifische Merkmale zu ermitteln, die zur Beurteilung benötigt werden.

Die Gleichgewichtsbedingung für den unter der Wirkung der Fangvorrichtung 11, 12, 40 beschleunigten (hier: gebremsten) Fahrkorb 10 mit Nutzlast q = 0 lautet:

mf(h) . gf'(t) = fsf(t) + ffv(t) + fdf(t) (33)

mf = Normierte Gesamtfahrkorbmasse ohne Tragseilmasse
gf' = Normierte Beschleunigung (af/g) des Transporteurs
fsf = Normierte Tragseilkraft
ffv = Normierte Fangkraft
fdf = Normierte Gesamtwiderstandskraft (Reibung)

Da der Einfluß der Komponente fdf(t) meist vernachlässigbar klein ist, soll er für die weitere Betrachtung hinsichtlich einer vereinfachten Erläuterung vernachlässigt werden, somit:

mf(h) . gf'(t) = fsf(t) + ffv(t) (34)

Soll unter den Prüfbedingungen auf die Höhe der Fangkraft ffv und deren zeitlichen Verlauf geschlossen werden, so ist eine Entkopplung der Tragseilkraft aus der Gleichgewichtsbedingung erforderlich, da der Einfluß des Gegengewichts, der ständig vorhanden ist, auf keinen Fall unterdrückt werden darf.

Durch die Aufnahme des zeitlichen Beschleunigungsverlaufs gf'(t) (negative Beschleunigung) am Fahrkor brahmen 10a und der Aufnahme des zeitlichen Beschleunigungsverlaufs gs'(t) der diesen tragenden Seile, kann bei Kenntnis des Funktionsverlaufs der federnden Elemente (linear oder progressiv) auf Höhe und zeitlichen Verlauf der Fangkraft ffv geschlossen werden.

Ermittlung von fsf(t) (ohne Widerstand fdf):

fsf(t) = mf(h) - ds(t) . cfn(ds) (35)

wobei:
ds(t) = Normierter Federweg in s², der zur Entspannung der Feder(elemente) führt (s[m]/g[m/s²])
cfn(ds) = Normierte Funktion des federnden Elements (auf die Nennlast Q normiert; cfn = cf/Q [1/s²])
v0n = Normierte Anfangsgeschwindigkeit in s(v0/g)

(vgl. Fig. 13).

Damit ist der zeitliche Verlauf der Bremskraft aus Gleichung (34) feststellbar. Die Höhe der wirkenden Bremskräfte kann für die Beurteilung der Wirksamkeit der Fangeinrichtung 11, 12, 40 und der Einhaltung vorgeschriebener negativer Beschleunigungen bezüglich des mit der Nennlast beladenen Transporteurs 10, 10a herangezogen werden.

Die federnden Elemente 10b, 10c (vgl. Fig. 4) am Transporteur 10 sind bestimmte Elemente, deren Kennlinien durch Herstellerangaben idR bekannt sind oder die vor der Prüfung durch Sichtprüfung hinsichtlich ihrer Größenordnung bestimmbar sind.

Im Zweifelsfall können die federnden Elemente 10b, 10c mit ausreichender Genauigkeit durch Messungen nach Fig. 12 ermittelt werden.

Für schnell angreifende Fangvorrichtungen 11, 12, 40 - diese haben relativ kurze Ansprechzeiten bis zum Erreichen des maximalen Bremsdrucks (ca. 0,01-0,03 sec) - ist das erste Maximum des mit Meßwertaufnehmer M2 (20) aufgezeichneten zeitlichen Verlaufs der Beschleunigung gs'(t) ausreichendes Kriterium für die Beurtei lung der verfügbaren Fangkraft ffv.

Während dieses Zeitraums ist der Abbau der den Transporteur bis zum Beginn des Fangvorgangs zu 100% tragenden Seilkraft fsf noch bedeutsam, so daß die Bremskraft ffv in diesem kurzen Zeitraum die auftretende Beschleunigung noch maßgeblich mitbestimmt. Nach Überwinden des Übertragungsfaktors der Treibscheibe 5 schwingen die Tragseile 4a, 4b je nach Anlagenparameter sehr stark und beeinflussen den Bremsvorgang u. U. erheblich.

Zur Beurteilung der Bremskräfte der Fangvorrichtung ist daher in den o. a. Fällen nur der Meßwertaufnehmer M2 (20) erforderlich. Nur in den Fällen, in denen die Zeit bis zum Auftreten des ersten Maximalwerts der Beschleunigung b(t) oder gf'(t) größere Werte annimmt, ist der Einsatz von zusätzlichen Meßwertaufnehmern (21a, 21b, 22, 22a) angezeigt.

Die Erforderlichkeit ist im Einzelfall nach Vorlage des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigung b(t) oder gf'(t) beurteilbar.

Federkonstante cf und fdf sind Werte, die aus den aufgenommenen Messungen unter Pkt I/6 ermittelt werden können. Die hier auftretende Schwingung b(t), die der Charakteristik einer gedämpften harmonischen Schwin gung in Annäherung folgt, unterliegt noch der vorliegender Reibungsdämpfung. Wegen der relativ geringen Dämpfung (Dämpfungsgrad < 0,1) kann die Federkonstante der gesamten Fahrkorbaufhängung gem. Fig. 12 mit ausreichender Genauigkeit errechnet werden zu

cf ≈ 4 mf . (T/π)²(34)

Der Fahrkorbwiderstand fdf läßt sich aus der Energiebilanz überschlägig feststellen, ist jedoch idR vernachläs sigbar klein.

I/10 Prüfung der Puffer:

Die Prüfung der Wirksamkeit der Puffer ist durch Aufnahme der Beschleunigungskurve des Fahrkorbs während des Auffahrens auf die Puffer mit und ohne Last leicht möglich. Wie bei der Prüfung der Fangvorrichtung, kann unter Berücksichtigung des Tragseilkraftverlaufs auf die wirkenden Kräfte geschlossen werden.

Teil II

Die Prüfung ohne Belastungsgewichte wird anläßlich aller regelmäßigen Prüfungen zur Ermittlung der mechanischen Sicherheit durchgeführt.

Die hierbei durchzuführenden Messungen orientieren sich an den im Rahmen der Abnahmeprüfungen gewon nenen Referenzwerte. Die Prüfschritte entsprechen den Prüfungen unter Teil I.

Die indirekte Messung von Kräften (Beschleunigungskurve) über die Meßstelle M2 ist auch an allen anderen Aufzugsarten (hydraulische Anlagen, Trommelaufzüge o. a.) leicht möglich und bietet eine zuverlässige Beurtei lung.

Claims

1. Verfahren zum Prüfen von Aufzugs-, Lager- oder Fördereinrichtungen (Transportanla gen), vorzugsweise von Seilaufzugsanlagen, unter Verwendung eines physikalischen Modells der Transportanlage, wobei das physikalische Modell aus Meßwerten und Funktionsverläufen, wie dem dynamischen Lastdiagramm oder dem Treibfähigkeitsdia gramm, besteht, die bei der Inbetriebnahme der Förderanlage, insbesondere der Aufzugsanlage, erfaßt und in einem Individualspeicher gespeichert worden sind, und bei dem

1. a) bei Wiederholungsprüfungen ein Lager-, Fahr- oder Förderkorb (Transporteur 10) ohne personelle Zuladung und ohne Beschickung mit einer diese simulierenden Prüflast bewegt wird, um die sicherheitstechnischen Gegebenheiten zu erfassen;
2. b) der Transporteur (10) ruckartig angehalten wird, insbesondere ohne Abschalten des elektrischen oder hydraulischen Antriebes (1, 2, 3), nachdem er zuvor mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit abwärts bewegt wurde;
3. c) mindestens ein Beschleunigungsaufnehmer (20, 21a, 21b, 22, 22a) mit dem Transporteur (10, 10a) oder einem bewegten Anlagenteil gekoppelt ist, dessen gemessener Beschleunigungsmomentanwerte-Verlauf (b(t)) aufgezeichnet wird;
4. d) eine im physikalischen Modell angreifende Bremskraft solange verändert wird, bis der modellgemäße Beschleunigungsverlauf (b.(t)) mit dem gemessenen Be schleunigungsverlauf (b(t)) im wesentlichen übereinstimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem aus dem Beschleunigungsmomentanwerte-Verlauf (b(t)), insbeson dere aus dessen erstem Maximum (b_max, T_max) der sicherheitstechnische Zustand der Transportanlage ermittelt wird, insbesondere die von den Fang- oder Bremsvorrichtungen (11, 12) aufgebrachte Bremskraft (F_B) berechnet und mit einer vorgegebenen - weil vorgeschriebenen - Sollbremskraft verglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei aus dem Beschleunigungs-Momentanwerte-Verlauf (b(t)) die Frequenz (f_B) und/oder die Dämpfung der Transportanlage ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei aus dem Momentanwerte-Verlauf der Beschleuni gung die transportvorrichtungsindividuelle Federkonstante (cf) ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem

a) zwei Beschleunigungsaufnehmer (20, 21a; 20, 21b; 20, 22; 20, 22a) die Beschleunigungsmomentan werte (b₁(t), b₂(t)) an zwei beabstandeten Orten von bewegten Transportanlagen-Bestandteilen (3 bis 7; 10; 23, 24) erfassen, insbesondere am Fahrkorb- oder -rahmen (10, 10a) und am Tragseil (4);
b) aus dem Unterschied der Beschleunigungsmomentanwerte die auf den Transporteur (10) wirkenden Kräfte, insbesondere die nur von den Brems- oder Fangvorrichtungen (11a, 11b; 12a, 12b; 40) ausgeüb ten Kräfte, ermittelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das ruckartige Anhalten des Transporteurs (10) mittels Aktivieren der Fangvorrichtung (11, 12, 40) ausgelöst und der Antrieb (1 bis 3) erst nach Erreichen des Stillstandes des Transporteurs (10) abgeschaltet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ohne Abschalten des Antriebes die Fangvorrichtung (11, 12, 40) aktiviert wird und die bremsenden Beschleunigungswerte zeitlich zwischen Wirksamwerden der Fangvor richtung (11, 12) und Wirksamwerden des zusätzlich bremsenden Einflusses des Gegengewichtes (30) erfaßt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jedem Meßwertaufnehmer (20, 21a, 21b, 22, 22a) ein Analog-/Digitalwandler zugeordnet ist.

9. Verfahren insbesondere nach einem der vorherstehenden Ansprüche, bei dem zur Prüfung der Treibfä higkeit ein ausgeprägtes Seilrutschen (4) auf der Treibscheibe (5) mittels der - härter als bei regulärem Betrieb eingestellten - Triebwerksbremse (2) oder mittels externer Zusatzbremsen verursacht wird.

10. Prüfvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem

a) ein erster Beschleunigungsaufnehmer (20) an dem Fahr- oder Förderkorb (10) angeordnet ist, dessen Meßwerte (b) bei einem Brems- oder Fangvorgang des Fahr- oder Förderkorbes (10) aufge zeichnet werden;
b) eine Prüfeinrichtung vorgesehen ist, die ein physikalisches Modell der Transportanlage enthält, wobei das physikalische Modell aus Meßwerten und Funktionsverläufen, wie dem dynamischen Lastdiagramm oder dem Treibfähigkeitsdia gramm, besteht, die bei der Inbetriebnahme der Förderanlage, insbesondere der Aufzugsanlage, erfaßt und in einem Individualspeicher gespeichert worden sind;
c) eine Entscheidungseinrichtung dem physikalischen Modell der Transportanlage zugeordnet ist, welche die mittlere Bremskraft oder den Bremskraftverlauf des physikalischen Modells einem vorge schriebenen Mindestwert oder Mindestverlauf gegenüberstellt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der ein zweiter Beschleunigungsaufnehmer (21a, 21b, 22, 22a) mit dem Trag- oder Führungsseil (4; 4a, 4b) gekoppelt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei welcher der erste und/oder der zweite Beschleuni gungsaufnehmer (20, 21, 22) über funktechnische Einrichtungen mit der Prüfeinrichtung gekoppelt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der in der Prüfeinrichtung ein Extrapolator vorgesehen ist, der die bei leerem Fahr- oder Förderkorb (10) ermittelte Bremskraft auf die Standardbrems kraft bei Nennlast im Fahr- oder Förderkorb extrapoliert.

14. Prüfvorrichtung nach Anspruch 10, bei der eine im physikalischen Modell angreifende Bremskraft solange verändert wird, bis der modellgemäße Beschleunigungsverlauf (b.(t)) mit dem gemessenen Be schleunigungsverlauf (b(t)) im wesentlichen übereinstimmt.