Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein computergestütztes Verfahren zur Berechnung eines Betriebssicherheitsfaktors eines Getriebemotors einer Hubanlage und ein Verfahren zum Betreiben dieses Getriebemotors in einer Hubanlage.

Zur Auslegung des Antriebs einer Hubanlage und zum Nachweis der Betriebssicherheit ist die Berechnung eines Betriebssicherheitsfaktors notwendig.

Aus der DE 29503416 U1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Gerät zur Ermittlung der dynamischen Beanspruchung an Bauteilen, Anlagen und Maschinen bekannt.

Aus der US 9315 970 B2 ist ein System zum Monitoring von Stressschäden bekannt.

Aus der US 2019 / 0005742 A1 ist eine Mensch-Maschine Schnittstelle bekannt.

Aus der DE 102008063 925 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Restlebensdauer bekannt

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, ein derartiges Verfahren zur Berechnung eines Betriebssicherheitsfaktors zu vereinfachen und eine Prognose über die Restlebensdauer des Getriebemotors in der Hubanlage zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass in einem ersten Schritt ein Lastkollektiv und anwendungsbezogene Kenndaten der eingesetzten Komponenten bereitgestellt werden und dass computergestützt aus dem Lastkollektiv und den bereitgestellten Kenndaten Belastungsdaten für einen Getriebemotor, weicher eine Seiltrommel antreibt, berechnet werden und dass in einem zweiten Schritt mit einem Betriebssicherheitsmodul computergestützt zu den berechneten Belastungsdaten der Betriebssicherheitsfaktor berechnet wird. Der Vorteil besteht nun darin, dass die Berechnung des Betriebssicherheitsfaktors in einem Vorgang und mit nur einem Werkzeug durchführbar ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Auslegung von Standard und Nicht-Standard Getriebemotoren durchführbar. Beispielsweise können die Lastkollektive und/oder die Kenndaten der Komponenten durch einen Katalog bereitgestellt werden oder berechnet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise als Programm oder App zur Ausführung auf einem Computer, Smartphone oder Tablet ausgebildet.

Der Betriebssicherheitsfaktor kann vorzugsweise in Echtzeit berechnet werden, so dass jederzeit ein aktueller Betriebssicherheitsfaktor vorliegt.

In einer Ausführung umfassen die anwendungsbezogenen Kenndaten die sogenannte Baulage eines Getriebes, also den Winkel, den eine Längsachse des Getriebes zur Vertikallinie im Anwendungsfall einnimmt, und/oder die zu hebende Last und/oder andere geometrische und mechanische Angaben der Anlage und/oder die Betriebsdauer. Auf diese Weise ist es für den Anwender sehr leicht möglich, Betriebssicherheitsdaten oder allgemeiner gesagt standfestigkeitsrelevante Daten zu erhalten, beispielsweise für unterschiedliche Winkel, um etwa eine optimale Baulage zu ermitteln.

Es kann somit auch leicht optimiert werden, welcher Einbauraum für das Getriebe tatsächlich verwendet wird.

In einer zweckmäßigen Ausführung werden das Betriebssicherheitsmodul oder zumindest einige der zur Berechnung des Betriebssicherheitsfaktors herangezogenen Parameter, räumlich getrennt bereitgehalten.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass das Lastkollektiv aus mehreren, insbesondere vier, vorgegebenen Lastkollektiven, insbesondere automatisch, ausgewählt wird. Dadurch können beispielsweise normative Vorgaben erfüllt werden. In einer vorteilhaften Ausführung werden zumindest ein Teil der anwendungsbezogenen Kenndaten in wenigstens einer Datenbank gespeichert und durch auswählen oder über Bauteilkennzeichen automatisiert bereitgestellt. Auf diese Weise können Kenndaten zu einer ausgewählten Komponente, etwa einem Getriebe, automatisiert aus einer Datenbank bezogen werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Anwender nur beispielsweise eine Typennummer oder dergleichen eindeutige Identifizierung angeben muss und alle weiteren zur Berechnung notwendigen Kenndaten automatisch aus der Datenbank bezogen werden.

In einer zweckmäßigen Ausführung ist eine Datenbank für Kenndaten von Kombinationen aus Antriebsmotoren, Getrieben und Seiltrommeln vorhanden. In einerweiteren zweckmäßigen Ausführung ist eine Datenbank für Kenndaten von Seiltrommeln vorhanden. Es können auch beide genannten Datenbanken vorhanden sein.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kenndaten der Seiltrommel aus anwendungsbezogenen Daten berechnet werden, insbesondere falls keine passenden Daten in einer Datenbank vorhanden sind. Dies kann beispielsweise für Spezialtrommeln zutreffen.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Hubanlage mit einer Seiltrommel, auf der ein Hubseil aufwickelbar ist, mit einem Getriebe das die Seiltrommel antreibt und mit einem Elektromotor, der das Getriebe antreibt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Hubanlage ein Fahrdiagramm ermittelt wird, dass aus dem Fahrdiagramm ein Lastkollektiv berechnet wird, insbesondere wobei zu diesem Lastkollektiv ein kubischer Mittelwert berechnet wird, dass mit dem berechneten Lastkollektiv, insbesondere in Verbindung mit einem standardisierten Lastkollektiv für eine verbleibende Restlaufzeit, die Belastungsdaten und ein Betriebssicherheitsfaktor berechnet werden und dass aus den Belastungsdaten und dem Betriebssicherheitsfaktor eine tatsächliche Restlaufzeit ermittelt wird.

Die tatsächliche Belastung einer Hubanlage ist in der Praxis üblicherweise deutlich geringer, als für die ursprüngliche Berechnung des Betriebssicherheitsfaktors angenommen. Daraus ergibt sich in der Regel eine signifikant längere Lebensdauer einer Anlage als durch den ursprünglich berechneten Betriebssicherheitsfaktor angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher den Vorteil, dass der Betriebssicherheitsfaktor im laufenden Betrieb aktualisiert wird, wobei aktuelle Belastungsdaten aus dem Fahrdiagramm für die Berechnung benutzt werden.

Die Berechnung der Belastungsdaten und des Betriebssicherheitsfaktors kann dabei insbesondere nach einem zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen.

Ein Getriebe, das beispielsweise für eine maximale Last von 20 t ausgelegt ist, das jedoch im Betrieb bisher maximal mit 51 belastet wurde, unterliegt einem geringeren Verschleiß als ursprünglich berechnet. Hier kann die erfindungsgemäße Berechnung einer tatsächlichen Restlaufzeit eine signifikante Verlängerung der Nutzungsdauer ergeben. Dadurch kann ein vorzeitiger, unnötiger Austausch einer Komponente vermieden werden, wodurch Kosten und Wartungsaufwand eingespart werden kann.

Gleichzeitig bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine erhöhte Sicherheit, da auch ein übermäßiger Verschleiß erkannt werden kann. Dieser kann beispielsweise durch Kombinieren von Lasten verursacht werden, etwa Lasten, die größer und kleiner als die Nennlast sind. Oder durch eine kurzzeitige Stoßbelastung, die eventuell eine Überschreitung einer Material- Fließgrenze als Folge hat. In beiden Fällen wird mit einer geringeren tatsächlichen Restlaufzeit gerechnet.

In einem weiteren vorteilhaften Verfahren zum Betreiben einer Hubanlage mit einer Seiltrommel, auf der ein Hubseil aufwickelbar ist, mit einem Getriebe das die Seiltrommel antreibt und mit einem Elektromotor, der das Getriebe antreibt, wird zur Ermittlung des oder eines Fahrdiagramms mittels einer Kraftmessdose eine Zugkraft am Hubseil bestimmt und aus der bestimmten Kraft die Drehmomentbelastung der Abtriebswelle des Getriebes berechnet. Auf gleiche Weise wird die an der Abtriebswelle wirkende Radialkraft ermittelt. Konstruktionsbedingt kann die Seiltrommel separat gelagert werden, wodurch das Getriebe rein Drehmoment belastet ist und die Erfassung dieses Drehmoments vorzugsweise durch eine in der Abtriebswelle integrierte Drehmomentmesswelle erfolgen kann.

Eine Drehzahl des Elektromotors für das Fahrdiagramm wird beispielsweise an einer Motorsteuerung ermittelt, so dass ein zusätzlicher Drehzahlmesser nicht notwendig ist.

Aus den ermittelten Daten wird ein Fahrdiagramm erstellt, das auch zur Berechnung eines aktualisierten Betriebssicherheitsfaktors und/oder einer tatsächlichen Restlaufzeit verwendet werden kann. Insbesondere vorteilhaft ist es daher, die beiden vorgenannten Verfahren zum Betreiben einer Hubanlage zu kombinieren, um auf diese Weise kostengünstig eine Berechnung eines Betriebssicherheitsfaktors und/oder einer tatsächlichen Restlaufzeit zu ermöglichen.

In einer vorteilhaften Ausführung werden auch die tatsächlichen Betriebsstunden ermittelt und zur Ermittlung der tatsächlichen Restlaufzeit berücksichtigt. Da zur ursprünglichen Berechnung des Betriebssicherheitsfaktors eine angenommene Betriebszeit verwendet wird, wirkt sich eine demgegenüber kürzere oder längere tatsächliche Betriebszeit ebenfalls auf die tatsächliche Restlaufzeit aus.

Insbesondere zweckmäßig ist es, wenn das Verfahren zur Aktualisierung der tatsächlichen Restlaufzeit in einem vorbestimmten Wiederhohlintervall wiederholt wird. Das Wiederholintervall kann abhängig von der erwarteten Laufzeit und/oder der Anwendung gewählt werden. Beispielsweise kann jeweils nach 10 Betriebsstunden eine neue Restlaufzeit aus dem dann aktuell vorliegenden Fahrdiagramm bestimmt werden.

Dazu ist es zweckmäßig, wenn für das Fahrdiagramm die Daten für den Zeitraum des Wiederhohlintervall fortlaufend, kontinuierlich aufgezeichnet werden.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die ermittelte tatsächliche Restlaufzeit und/oder die tatsächlichen Betriebsstunden angezeigt werden, beispielsweise an der Anlage selbst oder einer zugehörigen Steuereinheit. Auf diese Weise kann direkt erkannt werden, ob ein sicherer Betrieb noch möglich ist, oder ob eventuell Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen.

In einer Weiterbildung kann aus der tatsächlichen Restlaufzeit und den tatsächlichen Betriebsstunden ein Wartungsintervall und/oder ein Wartungszeitpunkt ermittelt werden, insbesondere unter Berücksichtigung des aktualisierten Betriebssicherheitsfaktors.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass eine Warnung ausgegeben wird, sobald ein berechneter Betriebssicherheitsfaktor und/oder eine berechnete Restlaufzeit einer Komponente der Hubanlage einen Alarmschwellwert unterschreitet.

Die Erfindung umfasst weiterhin eine Hubanlage mit einer Seiltrommel, auf der ein Hubseil aufwickelbar ist, mit einem Getriebe das die Seiltrommel antreibt und mit einem Elektromotor, der das Getriebe antreibt. Diese Hubanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehmomentbelastung der Abtriebswelle des Getriebes aufweist, dass sie eine Fahrdiagrammeinheit zur Aufzeichnung eines Fahrdiagramms aufweist und dass sie eine Berechnungseinheit zur Berechnung einer tatsächlichen Restlaufzeit aufweist.

Auf diese Weise kann im Betrieb die tatsächliche Belastung wesentlicher Komponenten ermittelt werden und zur Berechnung eines aktualisierten Betriebssicherheitsfaktors sowie einer tatsächlichen Restlebensdauer verwendet werden. Eine solche Hubanlage kann dadurch wesentlich effizienter und kostengünstiger betrieben werden.

Die Aufzeichnung der Drehmomentbelastung des Getriebes kann über eine Drehmomentmesswelle erfolgen. Dabei kann die Schnittstelle oder Lagerungsart der Trommel zum Getriebe entscheidend für die Auswahl des geeigneten Messmittels sein.

In einer vorteilhaften Ausführung ist am Hubseil eine Kraftmessdose zur Ermittlung der Zugbelastung am Hubseil angeordnet. Damit kann die tatsächliche Kraft am Hubseil ermittelt werden. Aus dieser ermittelten Kraft ist auch die Drehmomentbelastung der Abtriebswelle des Getriebes ermittelbar.

Aus diesen Daten kann dann ein Fahrdiagramm erstellt werden, das zur weiteren Berechnung der Restlaufzeit dient.

In einer Ausführung ist die Berechnungseinheit zur Berechnung eines Wartungsintervalls, eines Lastkollektivs und/oder von Belastungsdaten ausgebildet. Auf diese Weise kann eine bedarfsgerechte Wartung der Hubanlage durchgeführt werden, wodurch Kosten und Aufwand gespart werden können.

Insbesondere vorteilhaft kann es daher sein, wenn die Hubanlage eine Anzeigeeinheit aufweist, die zur Anzeige der tatsächlichen Betriebsstunden und/oder der berechneten Restlaufzeit und/oder einer Warnung ausgebildet ist. Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

Es zeigt:

Figur 1: ein Ablaufdiagramm zur erfindungsgemäßen Bestimmung eines Betriebssicherheitsfaktors,

Figur 2: ein Blockschaltbild einer beispielhaften Hubanlage mit einer Kraftmessdose

Figur 3: ein Blockschaltbild einer beispielhaften Hubanlage mit einer Drehmomentmesswelle

Figur 4: ein Ablaufdiagramm zur erfindungsgemäßen Bestimmung einer tatsächlichen Restlaufzeit.

In der Figur 1 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung eines Betriebssicherheitsfaktors des Getriebemotors einer Hubanlage gezeigt. Eine solche Hubanlage kann ein mobiler oder stationärer Kran sein.

Die Figur 2 zeigt beispielhaft ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Hubanlage 1. Die Hubanlage 1 weist einen Elektromotor 2 als Antrieb auf, der mit einem Getriebe 3 zu einem Getriebemotor gekoppelt ist. Am Abtrieb 4 des Getriebes 3 ist eine Seiltrommel 5 angeordnet, auf der ein Hubseil 6 aufwickelbar ist. Am freien Ende des Hubseils 6 ist eine Kraftmessdose 7a angeordnet, mit der die Zugbelastung im Hubseil 6 ermittelt werden kann. An der Kraftmessdose 7a kann ein Haken oder eine andere Aufnahme zum Anhängen einer Nutzlast angeordnet sein.

Die Hubanlage 1 weist eine Motorsteuerung 8 auf, die mit einer Berechnungseinheit 9 verbunden ist und an diese beispielsweise die Motordrehzahl und die tatsächlichen Betriebsstunden liefert. Die Berechnungseinheit 9 ist ebenfalls mit der Kraftmessdose 7a verbunden, so dass die ermittelten Kräfte aufgezeichnet werden können. Die Berechnungseinheit 9 ist vorzugsweise auch zur Aufzeichnung von Fahrdiagrammen ausgebildet. Die Figur 3 zeigte eine Hubanlage 1 auf, die im Wesentlichen der Hubanlage 1 der Figur 2 entspricht. Die Hubanlage 1 weist einen Elektromotor 2 als Antrieb auf, der mit einem Getriebe 3 zu einem Getriebemotor gekoppelt ist. Am Abtrieb 4 des Getriebes 3 ist eine Drehmomentmesswelle 7b integriert. Die Seiltrommel 5 ist in diesem Fall so gelagert, dass eine querkraftfreie Drehmomentübertragung zum Getriebe erfolgt. Am Ende der Abtriebswelle 4 ist eine Seiltrommel 5 angeordnet, auf der ein Hubseil 6 aufwickelbar ist. Am freien Ende des Hubseils 6 kann ein Haken oder eine andere Aufnahme zum Anhängen einer Nutzlast angeordnet sein. Die Berechnungseinheit 9 ist hier mit der Drehmomentmesswelle 7b verbunden, so dass die ermittelten Drehmomente aufgezeichnet werden können.

Das Verfahren der Figur 1 startet mit einer Kundenanfrage 10 zum Getriebemotor einer Hubanlage. Die Kundenanfrage kann verschiedene Randbedingungen, wie beispielsweise eine maximale Nutzlast oder dergleichen, aufweisen. In einem nachfolgenden Schritt 11 wird ein zur Anfrage passender Getriebemotor ausgewählt und ein vordefiniertes Lastkollektiv des Getriebes bereitgestellt, wenn nicht vorher vom Kunden anders festgelegt. Zur Auswahl des Getriebemotors steht eine Getriebemotordatenbank 12 zur Verfügung, in der Kenndaten der gewählten Antriebskombination hinterlegt sind.

Anschließend wird geprüft 13, ob die Seiltrommel ebenfalls eine Standardseiltrommel ist. Falls ja wird eine passende Seiltrommel ausgewählt 14 und deren Kenndaten bereitgestellt. Bei der Auswahl steht eine Seiltrommeldatenbank 15 zur Verfügung, in der Kenndaten verschiedener Seiltrommeln hinterlegt sind.

Falls die Seiltrommel keine Standardseiltrommel ist, handelt es sich um eine Spezialtrommel. In einem nachfolgenden Schritt 16 werden Daten der Spezialtrommel erfasst und in einem darauffolgenden Schritt 17 die Kenndaten dieser Spezialtrommel berechnet.

Unabhängig von der Art der Seiltrommel werden in einem gemeinsamen, nachfolgenden Schritt 18 die Nutzlast und Seilzugübersetzung als Anwendungsdaten ermittelt. Ebenso werden die Einbaulage des Getriebes und der Kraftfluss im Seilzug als weitere Anwendungsdaten ermittelt. Schließlich werden in einem nachfolgenden Schritt 19 aus den bereitgestellten Anwendungsdaten die passenden Daten, insbesondere das Lastkollektiv, gemäß den anwendbaren Berechnungsgrundlagen ausgewählt und die Belastungsdaten an der Getriebeabtriebswelle berechnet. ln einem darauffolgenden Schritt 20 wird, vorzugsweise in einem Betriebssicherheitsmodul, aus den Belastungsdaten ein Betriebssicherheitsfaktor berechnet.

Im nächsten Schritt 21 wird die Komponentenauswahl, das heißt der aus der Datenbank automatisch ausgewählte Getriebemotor, und die zugehörigen Berechnungsergebnisse der Belastungsdaten und des Betriebssicherheitsfaktors ausgegeben.

In einem Kontrollschritt 23 wird geprüft, ob das Ergebnis dem Kundenwunsch oder den Anforderungen gerecht wird. Falls nein, wird der Vorgang mit Auswahl 11 eines anderen Getriebemotors erneut gestartet.

Falls das Ergebnis zufriedenstellend ausfällt, wird ein Bericht erstellt 24, in dem alle Ergebnisse präsentiert sind.

Dieser Bericht kann in einer Bestellung 26 oder Auftragsbestätigung enthalten sein.

Die Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Hubanlage, beispielsweise gemäß Figur 2.

Das Verfahren startet in Schritt 30. In einem nächsten Schritt 31 wird zunächst das Wiederhohlintervall festgelegt, in dem jeweils eine tatsächliche Restlaufzeit berechnet werden soll. Dabei kann das Wiederhohlintervall von der Anwendung und der Betriebsdauer abhängen. Das Wiederhohlintervall kann pro Stunde, pro Tag, pro Woche oder in einem beliebigen anderen Zeitraum angegeben werden.

In einem nachfolgenden Schritt 32 wird ein Fahrdiagramm aufgezeichnet, in dem die tatsächliche Belastung gegenüber der Betriebszeit aufgetragen ist. Aus dem aufgezeichneten Fahrdiagramm wird ein Lastkollektiv umgerechnet, das zur Berechnung des Betriebssicherheitsfaktors und/oder der Lebensdauer dient.

Dabei können auch weitere Parameter, wie etwa die Motortemperatur, Umgebungstemperatur oder Getriebeölsumpftemperatur, mit einbezogen werden.

Die Aufzeichnung des Fahrdiagramms erfolgt mindestens im gewählten Wiederhohlintervall. Die Frequenz, mit der die Messwerte im Fahrdiagramm aufgezeichnet werden, kann fest vorgegeben sein, oder vom Wiederhohlintervall abhängen. Prinzipiell ist es jedoch unabhängig vom Wiederhohlintervall zweckmäßig mehrmals pro Minute eine Messwerterfassung durchzuführen. Dadurch kann ein genaues Fahrdiagramm mit einer hohen zeitlichen Auflösung aufgezeichnet werden.

Wenn das Wiederholintervall abgelaufen ist, wird aus dem aufgezeichneten Fahrdiagramm ein Lastkollektiv umgerechnet und in Abhängigkeit der Schadensdynamik, insbesondere die Wöhlerkurve, der einzelnen Getriebemotorkomponenten wie Wellen 33, Verzahnteile 34, Wälzlager 35 und Wellen-Naben-Verbindungen 36 je ein Betriebssicherheitsfaktor und/oder eine Lebensdauer berechnet.

Es wird dann für alle Wellen geprüft 37, ob ein aus dem Lastkollektiv ermittelter Sicherheitsfaktor über einem zugehörigen Sicherheitsschwellwert liegt.

Weiter wird für alle Verzahnteile geprüft 38, ob ein aus dem Lastkollektiv ermittelter Sicherheitsfaktor über einem zugehörigen Sicherheitsschwellwert liegt.

Weiter wird für die Wälzlager geprüft 39, ob eine aus dem Lastkollektiv ermittelte tatsächliche Lebensdauer über einer zugehörigen maximalen Lebensdauer liegt.

Schließlich wird für die Wellen-Naben-Verbindung geprüft 40, ob ein aus dem Lastkollektiv ermittelter Sicherheitsfaktor über einem zugehörigen Sicherheitsschwellwert liegt.

Es wird dann geprüft 41 , ob alle Bedingungen erfüllt sind. Falls nein, wird in Schritt 42 eine Warnung ausgegeben.

Falls ja, wird zusätzlich geprüft, ob eine der Komponenten aus Wellen, Verzahnteile, Wälzlager oder Wellen-Nabe-Verbindungen nahe an ihrem jeweiligen Lebensdauerlimit liegt. Falls ja, wird ebenfalls eine Warnung ausgegeben 42.

Falls nein, kann die Anlage weiter betrieben werden und es wird in Schritt 44 eine Restlaufzeit ermittelt und ausgegeben.

Das Fahrdiagramm 32 wird dann wieder fortlaufend, kontinuierlich aufgezeichnet. Bezugszeichenliste Hubanlage Elektromotor Getriebe Abtriebswelle Seiltrommel Hubseil a Kraftmessdose b Drehmomentmesswelle Motorsteuerung Berechnungseinheit 0 - 26 Verfahrensschritte zur Bestimmung eines Betriebssicherheitsfaktors0 - 44 Verfahren zur iterativen Bestimmung einer Restlaufzeit