Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Zugkraft in einem Trag-, Förderoder Zugmittel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zugkraft in einem

diskontinuierlich betriebenen Trag-, Förder- oder Zugmittel, welches über Führungs- oder Umlenkeinrichtungen, vorzugsweise Umlenkrollen oder Tragrollen umläuft. Ebenfalls ist eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens offenbart sowie seine Verwendung in Zugriementrieben und Aufzugsanlagen. Solche Trag-, Förder- oder Zugmittel, auch zusammenfassend Zugmittel genannt, sind in der Regel hohen Belastungen unterworfen, so dass es einerseits wünschenswert ist, die Zugkraft bzw. Zugbelastung zur Ermittlung der Lastkollektive und damit zur Bestimmung der Lebensdauer und der Austauschintervalle zu ermitteln. Andererseits können bei parallel bzw. mehrfach angeordneten Zugmitteln Lastspitzen oder unterschiedliche Zugkraftverteilungen auftreten, deren Kenntnis wichtig ist, um partiellen Überlastungen entgegenzuwirken.

So kommen etwa für den Betrieb von Aufzügen vermehrt parallel laufende Riemen bzw. teilweise parallel geführte Riemen aus Polyurethan mit Stahlcordzugträgern zum Einsatz, oft bis zu 5-fach parallel laufenden Aufzugsriemen. Die Riemen werden mehrfach umgelenkt und bewegen die Aufzugskabine. Das eine Ende der endlichen Riemen ist fest eingespannt, am anderen Ende, oder eingehängt mit Umlenkrollen, befinden sich ein oder mehrere Gegengewichte. Der Antrieb erfolgt über die Umlenkung um eine Antriebswelle.

Es besteht nun seitens der Aufzugshersteller ein hohes Interesse an der Messung der einzelnen Aufzugsriemen-Zugkräfte, um sowohl den Betriebszustand des Aufzugs zu erfassen wie auch eine ungleichmässige Kraftverteilung, z.B. durch alterungsbedingte Längung eines einzelnen Riemens, zu erkennen als auch, um eine vorbeugende Wartung geplant einzuleiten.

Die Umlenkrollen sind erforderlich, um das Zugmittel so zu führen und umzulenken, dass Antriebsrollen, Abtriebsrollen, Spanneinrichtungen etc. vorschriftsmäßig im Eingriff bleiben und gleichzeitig den räumlichen und geometrischen Besonderheiten, den

Baumaßen und dem erforderlichen Einbauraum übriger Maschinenteile Rechnung getragen wird. Dies ist in besonderer Weise auch bei Aufzugsanlagen der Fall, bei denen die Aufzugskabine innerhalb eines engen Aufzugsschachtes fährt und in der Regel an mehreren Zugmitteln hängt, die auch noch entsprechende Gegengewichte bewegen.

Bei den genannten parallel laufenden Tragmitteln, d.h. Aufzugsgurten oder Tragriemen werden diese über eine gemeinsame Traktionsscheibe/ Antriebsscheibe geführt, mit der das Antriebsmomente auf die Zugriemen bzw. Tragmittel übertragen wird. Dies sind typische Treibscheibenaufzüge, bei denen der Antrieb auf das Tragmittel über Reibungskräfte erfolgt.

Zusätzlich unterscheidet man verschiedene Aufhängungsarten, die unter anderem durch das Verhältnis der Laufgeschwindigkeit des Tragmittels und der Fahrgeschwindigkeit des Fahrkorbes im Schacht bestimmt werden. Die Laufgeschwindigkeit des Tragmittels entspricht im Wesentlichen der Umfangsgeschwindigkeit der Treibscheibe und wird durch eventuell vorgesehene Umlenkrollen zu einem ganzzahligen Bruchteil auf die

Fahrgeschwindigkeit des Fahrkorbes übertragen. Dieser Bruchteil wird also grundsätzlich auch bestimmt durch die Anzahl der Umlenkrollen an Aufzugskabine und Gegengewicht.

Bei einer so genannten 1 : 1 Aufhängung sind sowohl die Kabine als auch das

Gegengewicht direkt an den Enden eines Tragmittels befestigt, welches zwischen Kabine und Gegengewicht die Antriebsscheibe umläuft und über Seilreibung das Antriebsmoment überträgt. In diesem Fall ist die Laufgeschwindigkeit des Tragmittels gleich der

Fahrgeschwindigkeit des Fahrkorbes im Schacht. Umlenkrollen können auch hier eingesetzt sein, aber nicht solche, die die Übersetzung bzw. das Verhältnis im Sinne eines Flaschenzugs verändern.

Bei der 2: 1 Aufhängung sind die Seilenden beispielsweise an der Decke eines

Aufzugsschachts befestigt, so dass Kabine und Gegengewicht jeweils mittels Umlenkrollen am Tragmittel hängen, welches auch hier zwischen Kabine und Gegengewicht die

Antriebsscheibe umläuft. So entsteht ein einfacher Flaschenzug, der im Vergleich zur 1 : 1 Aufhängung die doppelte Nutzlast bei halber Geschwindigkeit heben kann. Die

Geschwindigkeit des Tragmittels ist dann doppelt so hoch wie die Fahrgeschwindigkeit des Fahrkorbes im Schacht.

Als weitere, eher seltene und speziell bei Lastenaufzügen genutzte Aufhängungsarten findet man auch 3: 1 oder 4:1 Aufhängungen, die sich ebenfalls durch das Verhältnis der beiden genannten Geschwindigkeiten oder grundsätzlich durch die Anzahl der im Sinne eines Flaschenzugs wirksamen Umlenkrollen an Aufzugskabine oder Gegengewicht klassifizieren lassen.

Nun wird dadurch aber auch deutlich, dass für die oben angesprochene Messung der Zugkraft gerade bei den letztgenannten Aufhängungen, bei den üblicherweise mehrfach nebeneinander laufende und parallele Zugmittel innerhalb des Aufzugschachtes geführt werden, schon allein aufgrund des geringen Bauraums Probleme bei der Zugkraftmessung vorhanden sind. Im Stand der Technik findet man kaum ein preiswertes und zuverlässiges System, das solche Messungen ermöglicht. Systeme mit den genannten 5-fach parallel laufenden Aufzugsriemen erforderten dann bis zu 5 einzelne Kraftmessdosen und sind damit komplex, teuer und aufwändig sowie schwer im vorhandenen Bauraum zu integrieren.

Personen- oder Lastenaufzügen unterliegen zudem strengen Regelungen in Bezug auf ihre Betriebssicherheit. Aufzugsanlagen werden von entsprechenden Prüfungsorganisationen sorgfältig auf die Einhaltung dieser Reglungen und gesetzlichen Vorschriften überprüft. Dementsprechend müssen insbesondere die Tragmittel sorgfältig im Betrieb beobachtet, gewartet werden und regelmäßig geprüft werden.

Für die Erfindung bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Einrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe die Messung der Zugkräfte in solchen Systemen während des Betriebs ermöglicht bzw. vereinfacht wird, wobei zur Messung der Zugkräfte auch in einzelnen, parallel laufenden Zugmitteln bzw. Riemen eine preiswerte und einfach in die vorhandenen Aufzüge zu integrierende, gegen Verschmutzung unempfindliche und langzeitstabile Messmethode und Messeinrichtung verfügbar wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Ebenfalls gelöst wird die Aufgabe durch die ebenfalls beanspruchte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beansprucht ist auch eine Verwendung des Verfahrens für Zugmittel in einem

Zugriementrieb sowie eine Aufzugseinrichtung bzw. die Verwendung des Verfahrens dafür.

Erfindungsgemäß wird eine zwischen zwei benachbarten und in einem festen Abstand zueinander angeordneten Führungs- oder Umlenkeinrichtungen befindliche freie Teillänge bzw. Trumlänge des Trag-, Förder- oder Zugmittel während des Umlaufs zu einer

Schwingung definierter Frequenz angeregt wird, d.h. es wird eine Anregungsfrequenz / Anregungsschwingung auf die laufende, bewegte, im Betrieb befindliche Teillänge des Trag-, Förder- oder Zugmittel aufgebracht. Nach einem Anhalten des Umlaufs wird sodann die Frequenz der dann abklingende Eigenschwingung der Teillänge bzw. des Trums gemessen und daraus wiederum die Zugkraft mit bekannten Rechenverfahren ermittelt. Der Vorteil eines solchen Verfahrens liegt darin, dass man den Zwischenraum zwischen den Auflageflächen bzw. Auflagepunkten des Zugmittels an den Umlenkrollen als vorgegebene feste Teillänge des Zugmittels nutzen kann, obwohl sich das Zugmittel als solches weiter bewegen und in seinem normalen Betrieb weiterlaufen kann. Ein dann allfälliges Anhalten des Zugmittels und das dann erfolgende Abklingen der

Eigenschwingung reicht zur Errechnung der Zugkraft mit bekannten Methoden. Die übliche beidseitige feste Einspannung wird also bei der erfindungsgemäßen Lösung ersetzt durch die unter Zugspannung stehende Auflage des Zugmittels auf einer Umlenkrolle.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass die Anregung während des Umlaufs durch eine erzwungene periodische Bewegung oder Schwingungsanregung einer der in festem Abstand zueinander angeordneten Führungs- oder

Umlenkeinrichtungen erfolgt. Damit ist auf eine einfache Weise eine Anregung während des Durchlaufs des Zugmittels gegeben, ohne dass das Zugmittel selbst direkt ein weiteres Mal berührt werden muss.

Eine solche Anregung durch Berührung kann natürlich, wie in einer weiteren vorteilhaften Ausbildung vorgesehen, auch eine Möglichkeit darstellen und darin bestehen, dass während des Umlaufs eine direkte Schwingungsanregung der freien Teillänge bzw. freien Trumlänge durch Anschlagen oder Anzupfen erfolgt. Dies ist bei nicht zu schnell laufenden Zugmitteln ohne weiteres möglich, insbesondere dann, wenn die

Schwingungsanregung kurz vor dem Anhalten erfolgt.

Die Bestimmung der Zugkraft kann damit auch bei parallelgeführten Zugmitteln an jedem einzelnen Riementrum in ausreichender Genauigkeit durch die Messung der Eigenfrequenz erfolgen. Die Zugkraft wird dann ermittelt aus der Eigenfrequenz des frei schwingenden Riementrums, der Länge des Riementrums und des Metergewicht des Riementrums. Das Metergewicht ist bekannt für die eingesetzten Riemen. Ein Trum mit definierter Länge kann zum Beispiel auf dem Dach einer Aufzugskabine durch dort fest montierte

Umlenkrollen für alle Einzelriemen zur Verfügung stehen.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Messung der Frequenz der dann abklingenden Eigenschwingung berührungslos durch einen der Teillänge bzw. der Trumlänge benachbart zugeordneten Sensor erfolgt, vorzugsweise durch einen optischen Lasersensor. Solche Sensoren sind sehr klein und haben in der Regel nur eine einzige Kabelzuleitung, so dass auch in engen Bauräumen hier eine einfach zu installieren Lösung möglich ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das Trag-, Förder- oder Zugmittel metallische Verstärkungselemente oder Zugträger aufweist und die abklingende

Eigenschwingung durch einen der Teillänge bzw. der Trumlänge benachbart zugeordneten Wirbelstromsensor oder einen kapazitiven Sensor gemessen wird. Eine solche Sensorik ist in vielfachen Ausführungen und zu geringen Kosten zu installieren und besteht zudem in der Regel aus standardisierten Bauteilen. Natürlich ist es auch möglich, die abklingende Eigenschwingung durch einen der Teillänge bzw. der Trumlänge benachbart zugeordneten akustischen Sensor zu erfassen, beispielsweise durch ein zur Aufnahme entsprechender Schalldruckwellen geeignetes Mikrofon.

Um in einem aufgespannten Riementrum bekannter Länge, nämlich zwischen zwei Umlenkrollen, eine Eigenschwingung zu erzeugen, wird also eine der beiden Umlenkrollen mit leichter Exzentrizität oder mit einer leicht exzentrischen Lagerung ausgeführt. Dabei ist nicht die Amplitude wichtig, sondern nur die Anregung, so dass die Exzentrizität sehr klein gehalten werden kann. Während der Riemen läuft, also beispielsweise während der Aufzugsfahrt wird so das Riementrum zu einer erzwungenen Schwingung angeregt, deren Frequenz von der Verfahrgeschwmdigkeit, also der Drehzahl der Rolle, abhängt und somit aus der Steuerung bekannt ist. Sobald der Aufzug zum Stehen kommt, geht die

erzwungene Schwingung in eine abklingende Eigenresonanzschwingung des Riementrums über.

Ein z.B. oberhalb des Riementrums platzierter Wirbelstromsensor erfasst die Schwingung präzise durch die Wirbelstromeffekte der schwingenden Stahlcorde des freien

Riementrums und ermittelt die Eigenfrequenz. Dabei ist die Amplitudenhöhe nicht entscheidend, sondern, wie oben erwähnt, nur die Frequenz als solche. Aus dieser gemessenen Frequenz kann die Riemenzugkraft rechnerisch mit bekannten Formeln einfach ermittelt werden, nämlich durch die Beziehung 1 F zug = A τ m I ² Tr um. ) f e ² igen Hierbei ist

Fzug ⁼ Zugkraft im Trum

L _Trum = freie Teillänge (Trumlänge) zwischen zwei Umlenkrollen [m]

kg

m = Metergewicht des Trag— , Förder— oder Zugmittels [— ]

m

feigen = Eigenfrequenz [Hz]

Die je Aufzugsriemen ermittelten Zugkraftwerte stehen dann vorteilhafterweise sowohl absolut als Funktionswert als auch relativ zueinander zur Detektion ungleichmäßiger Lastverteilung direkt in der Steuerung zur Verfügung.

Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Zugkraft in einem Tragmittel einer Aufzugsanlage, bei der das Tragmittel vorzugsweise als Traggurt oder Tragriemen mit eingebetteten und in Längsrichtung verlaufenden Festigkeitsträgern ausgebildet ist, weist zwei in einem festen Abstand zueinander angeordnete Umlenkrollen für das Tragmittel auf, zwischen denen sich eine freie

Trumlänge des Tragmittels befindet. Eine der Umlenkrollen ist dabei derart exzentrisch gelagert, dass beim Umlauf der Rolle eine periodische Auslenkung der freien Trumlänge erfolgt, vorzugsweise senkrecht zur Längsausdehnung des Trums. Dadurch wird die freie Trumlänge zwischen den Umlenkrollen mit der Anregungsfrequenz in Schwingung versetzt. Die Einrichtung weist weiterhin einen der freien Trumlänge zwischen den Umlenkrollen zugeordneten Sensor auf zur Detektion der abklingenden Eigenschwingung der freien Trumlänge nach einem Anhalten des Aufzugs. Die verfahrensgemäßen Vorteile, die oben geschildert sind, ergeben sich natürlich genauso durch die Verwendung der Einrichtung.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die die freie Trumlänge begrenzenden Umlenkrollen an der Aufzugskabine angeordnet sind, vorzugsweise am Kabinendach angebracht sind. Dadurch ergibt sich, wie bereits oben geschildert, eine besonders einfache Anordnung und Festlegung einer definierten Trumlänge innerhalb einer Aufzugsanlage.

Das Verfahren lässt sich natürlich auch vorteilhaft in einem Zugriementrieb verwenden, bei dem ein vorzugsweise endloser Zugriemen über Umlenkrollen, Antriebs und ggf.

Rückenrollen umgelenkt wird und bei dem eine zwischen zwei in einem festen Abstand zueinander angeordneten Umlenkrollen bzw. zwischen Umlenkrolle und Rückenrolle ausgebildete freie Teillänge / freier Trum während des Umlaufs zu einer Schwingung definierter Frequenz angeregt wird.

Die Verwendung des Verfahrens in einer Aufzugsanlage gestaltet sich natürlich dann besonders vorteilhaft wenn, ein oder mehrere zum Teil parallel geführte Tragmittel vorgesehen sind, vorzugsweise ausgebildet als Traggurt oder Tragriemen, die über Umlenkrollen geführt sind. Insbesondere in engen und vom Bauraum begrenzten

Aufzugsschächten ergibt sich durch die Verwendung erstmalig die Möglichkeit einer genauen Überprüfung aller einzelnen parallel geführten Zugriemen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Aufzugsanlage mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung in

Form einer Skizze,

Fig. 2 in prinzipieller Darstellung die Zugkraftmessung mit einer

erfindungsgemäßen Einrichtung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt in prinzipieller Darstellung eine Aufzugsanlage 1 in einer 2: 1 Aufhängung, bei der ein als Traggurt 2 ausgebildetes Tragmittel für eine Aufzugskabine 3 vorgesehen ist. Der Traggurt 2 wird u.a. über die Umlenkrollen 4 und 4a umgelenkt und geführt.

Grundsätzlich sind Aufzugsanlagen solcher Art im Stand der Technik bekannt

Erfindungsgemäß wird nun die zwischen den zwei in einem festen Abstand zueinander angeordneten Umlenkrollen 4 und 4a ausgebildete freie Teillänge bzw. Trumlänge während der Fahrt durch eine Schwingung definierter Frequenz angeregt. Der Traggurt 2 ist mit eingebetteten und in Längsrichtung verlaufenden metallischen Festigkeitsträgern versehen.

Die Zusammenschau mit der Fig. 2 verdeutlicht den prinzipiellen Aufbau der hierzu vorgesehenen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Zugkraft. Hierbei sind die die freie Trumlänge begrenzenden Umlenkrollen 4 und 4a an der

Aufzugskabine 3 angeordnet, nämlich am Kabinendach angebracht.

Eine der Umlenkrollen, hier die Umlenkrolle 4, ist dabei derart exzentrisch gelagert ist, dass beim Umlauf der Rolle eine periodische Auslenkung der freien Trumlänge erfolgt, vorzugsweise senkkrecht zur Längsausdehnung des Trums, wie durch den die

Schwingungsbewegung andeutenden Doppelpfeil 6 skizziert ist. Dadurch wird also die freie Trumlänge zwischen den Umlenkrollen 4 und 4a mit der Anregungsfrequenz in Schwingung versetzt.

Nach Anhalten des Aufzugs detektiert ein der freien Trumlänge zwischen den

Umlenkrollen zugeordneter Schwingungssensor, hier ausgebildet als Wirbelstromsensor 5, die Frequenz der dann abklingenden Eigenschwingung der freien Trumlänge. Aus dieser gemessenen Schwingungsfrequenz kann die Riemenzugkraft rechnerisch mit oben genannten bekannten Formeln einfach ermittelt werden.

Bezugszeichenliste

(Teil der Beschreibung)

1 Aufzugsanlage

2 Traggurt

3 Aufzugskabine

4 Exzentrisch gelagerte Umlenkrolle 4a Umlenkrolle

5 Wirbelstromsensor

6 Schwingungsweg, prinzipiell