DE102006014131B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Treibfähigkeit von Treibscheiben-getriebenen Aufzugsanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Prüfung und Bestimmung der maximalen Treibfähigkeit bei Aufzugsanlagen mit Treibscheibenantrieb.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Sicherheitsprüfung von Aufzugsanlagen. Sie betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Prüfung und Bestimmung der maximalen Treibfähigkeit bei Aufzugsanlagen mit Treibscheibenantrieb, mit Fahrkorb, Gegengewicht und über die Treibscheibe geführtem Tragseil als Tragmittel.
• Im Zusammenhang mit der Sicherheitsprüfung von Treibscheibengetriebenen Förderanlagen, insbesondere Aufzugsanlagen wie Personen- oder Lastaufzügen, ist die regelmäßige Überprüfung der ausreichenden Treibfähigkeit zwischen den Tragseilen und der Seilritten der Treibscheibe erforderlich. Vorliegend wird unter Treibfähigkeit die maximale Treibkraft verstanden, die aufgrund der Umschlingungsreibung der über die Treibscheibe geführten Tragseils bei gegebenem Seilkraftverhältnis der statischen Seilkräfte auf das Tragseil ausgeübt werden kann. Treibkraft (Umschlingungsreibung), Seilspannverhältnis und Reibungskoeffizient der Treibscheibe stehen über die Euler-Eytelweinsche Gleichung miteinander in Beziehung. Da in den gattungsgemäßen Aufzugsanlagen die Bewegung von Fahrkorb und Gegengewicht einzig über die Treibscheibe erreicht wird, muss in jedem Betriebszustand der Aufzugsanlage, entsprechende Sicherheitsreserven mit eingerechnet, die Bewegung der Aufzugsanlage über die Treibscheibe kontrollierbar sein. Während der Umschlingungswinkel der Tragseile auf der Treibscheibe sowie das Seilkraftverhältnis im Wesentlichen bauartbedingte durch die konkrete Ausführung der Aufzugsanlage unveränderliche Größen sind, kann der Reibungskoeffizient, der maßgeblich die Umschlingungsreibung und damit die maximale Treibfähigkeit mitbestimmt, je nach Betriebszustand und Verschleiß der Anlage variieren. Eine regelmäßige Überprüfung der Treibfähigkeit ist daher erforderlich.
• Nach dem anerkannten Standardverfahren gemäß den „Technischen Regeln für Aufzüge" TRA 102-Prüfung von Aufzugsanlagen, Abschnitte 2.2.3.2 Nr. 1 und 3.2.2, wird bei Aufzügen mit Treibscheibenantrieb die Treibfähigkeit bei 1,5-facher Nutzlast geprüft. Diese Prüfung erfolgt in der Regel mit geeichten Belastungsgewichten, die in den Fahrkorb hineingetragen beziehungsweise hineingefahren werden müssen. Anschließend wird (mehrfach) bei Abwärtsfahrt mit der jeweilig stärksten Bremswirkung abgebremst. Kommt es unter diesen Bedingungen nicht zum Durchrutschen der Tragseile auf der festgelegten Treibscheibe, das heißt zum Absinken des Fahrkorbs, wird die Treibfähigkeit als ausreichend anerkannt. Dieses Verfahren ist nachteilig, da es zum einen voraussetzt, das geeichte Belastungsgewichte mit 1,5-facher Nennlast bereitgestellt werden, was bei vor allem bei Lastenaufzügen mit großem Aufwand verbunden ist. Zum anderen wird die Aufzugsanlage bei dieser Prüfung hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt.
• Es sind alternative Verfahren bekannt, um die maximale Treibfähigkeit zu bestimmen oder zumindest die ausreichende Treibfähigkeit nachzuweisen. In einem aus der DE 42 11 289 C2 bekannten Verfahren wird zu Bestimmung der Treibfähigkeit das Tragseil einseitig so weit entlastet und dadurch das Seilkraftverhältnis verändert, bis das Tragseil auf der festgelegten Treibscheibe in Gleitreibung durchrutscht. Die Gewichtskraft der einseitigen Entlastung bei einsetzendem Seilrutschen wird mit einer Messvorrichtung erfasst und daraus die Treibfähigkeit ermittelt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass aufwendige Vorrichtungen zur einseitigen Entlastung des Tragseils, das heißt zur Fixierung von entweder Fahrkorb oder Gegengewicht, bereitgestellt werden müssen. Zusätzlich müssen Messeinrichtungen zur Bestimmung der Gewichtskraft der Entlastung bereitgestellt werden. Soll die Treibfähigkeitsprüfung von einer einzigen Person durchgeführt werden, so muss die Messeinrichtung außerdem entweder unmittelbar in der Nähe der von der prüfenden Person kontrollierten Treibscheibe angeordnet sein oder über einen Fernwertgeber und Fernwertanzeige verfügen. Solche Messeinrichtungen sind aufwendig und teuer. Zum anderen müssen möglicherweise an der Aufzugsanlage selbst bauliche Veränderungen vorgenommen werden, um die entsprechenden Fixiereinrichtungen beziehungsweise Messeinrichtungen anbringen zu können. Es besteht daher der Bedarf an einem einfacheren Verfahren zur Bestimmung der Treibfähigkeit.
• Ausgehend vom Stand der Technik steht das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem im Wesentlichen darin, verbesserte Verfahren zur Bestimmung der Treibfähigkeit sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren bereitzustellen.
• Das technische Problem wird gelöst durch ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Treibfähigkeit einer Treibscheibe bei Aufzugsanlagen mit Treibscheibenantrieb gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, wonach der ursprüngliche bauartbedingte Umschlingungswinkel des im Betrieb der Aufzugsanlage über die Treibscheibe geführten Tragseils, das heißt der Betriebsumschlingungswinkel β_B, vorzugsweise schrittweise, so weit verkleinert wird, bis zwischen Treibscheibe und Tragseil ein Seilrutschen auftritt.
• Das so genannte „Seilrutschen" ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines Grenzwerts des Umschlingungswinkels die Umschlingungsreibung des mindestens einen Tragseils auf der Tragscheibe so weit vermindert ist, dass die Haftreibung in Gleitreibung übergeht und es zu einer Relativbewegung zwischen Tragseil und Tragscheibe kommt. Diese Relativbewegung kann durch einfache optische oder akustische Kontrolle durch den Prüfer erkannt werden. In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird das Seilrutschen durch mindestens eine Messeinrichtung, beispielsweise Wegstreckensensor und/oder Beschleunigungssensor, der mit dem Tragseil und/oder der Treibscheibe vorzugsweise ortsfest verbunden ist, gegebenenfalls nach entsprechender Aufbereitung der Signale des oder der Sensoren, registriert und gegebenenfalls angezeigt. Die Auswertung der Messwerte ist bevorzugt Software/Hardware gestützt.
• In einem erfindungsgemäßen weiteren Schritt wird der (verkleinerte) Umschlingungsgrenzwinkel β_P gemessen, der sich im Moment des auftretenden Seilrutschens beim Übergang in die Gleitreibung, das heißt im Zustand anfänglichen Seilrutschens ergibt.
• Aus dem bauartbedingten Betriebsumschlingungswinkel β_B, der sich in der Regel aus den geometrischen Verhältnissen der Bauausführung der Anlage ergibt, dem Umschlingungsgrenzwinkel β_P, der bauartbedingten Seilkraft auf der Fahrkorbseite S₁, die sich aus der Gewichtskraft des Seils auf der Fahrkorbseite und der Gewichtskraft des Fahrkorbes ergibt, und der bauartbedingten Seilkraft auf der Gegengewichtsseite S₂, die sich aus der Gewichtskraft des Seils auf der Gegengewichtsseite und der Gewichtskraft des Gegengewichts ergibt, wird die maximale Treibfähigkeit T_max bei gegebenem Seilkraftverhältnis S₁ durch S₂ gemäß der folgenden Formel bestimmt:

  
• Dabei wird von einer 1:1-Aufhängung ausgegangen. Bei abweichenden Aufhängungsverhältnissen muss die Seilkraft entsprechend ermittelt werden. Zweckmäßigerweise werden alle bauartbedingten Parameter in einer „Beschreibung der Aufzugsanlage" (vergleiche TRA 102, Abschnitt 2.1.1.6) hinterlegt.
• Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Überprüfung der Treibfähigkeit einer gattungsgemäßen Aufzugsanlage innerhalb des normalen Betriebsfahrweges und unter normalen Betriebsbedingungen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt also in vorteilhafter Weise die einfache Bestimmung der maximalen Treibfähigkeit, ohne dass das im Betrieb bestehende Seilkraftverhältnis der Aufzugsanlage, beispielsweise durch übermäßiges Belasten des Fahrkorbs oder durch zusätzliche Maßnahmen zum einseitiges Entlasten des Tragseils verändert werden muss.
• Die Verringerung des Umschlingungswinkels an der Treibscheibe wird vorzugsweise bewerkstelligt durch einfache mechanische Mittel, die ein Auflaufen des einlaufenden Tragseils auf die Treibscheibe verhindern. Zweckmäßigerweise weisen diese Mittel nur eine geringe Reibung gegenüber dem Tragseil auf, so dass die Reibung des Tragseils an der Tragscheibe weiterhin im Wesentlichen durch die Umschlingungsreibung bestimmt wird.
• Bevorzugt wird als ein solches Mittel ein Rundmaterial oder eine vorzugsweise drehbar gelagerte walzenförmige Rolle eingesetzt. Dieses Mittel wird am Umfang der Treibscheibe fixiert. Dies geschieht bevorzugt mittels einer Klemmvorrichtung, die beispielsweise ähnlich einer so genannten Treibscheibenklemme aufgebaut ist. Die Klemmvorrichtung bildet bevorzugt den Lagerpunkt für die bevorzugt eingesetzte Rolle.
• Bevorzugt wird das Mittel unmittelbar vor dem Einlaufpunkt des Tragseils und quer zum Verlauf des Tragseils angeordnet, insbesondere dort fixiert. Durch Drehen der Treibscheibe, vorzugsweise mittels Handrad, wird das so am Umfang der Treibscheibe in der Höhe des Einlaufpunkts angeordnete Mittel weiter Richtung Einlaufpunkt bewegt, sodass das einlaufende Tragseil, nicht (mehr) auf die Treibscheibe sondern auf das Mittel aufläuft. Dadurch wird das einlaufende Tragseil von der Treibscheibe abgehoben. Der wirksame Umschlingungswinkel, das heißt derjenige Kreisbogen am Umfang der Treibscheibe, der mit dem Tragseil in Kontakt steht, wird dadurch verringert. Mit zunehmendem Drehwinkel der Treibscheibe wandert die an der Treibscheibe angeordnete Rolle weiter weg vom Einlaufpunkt und der wirksame Umschlingungswinkel wird weiter verringert. Ist der wirksame Umschlingungswinkel so gering, dass bei dem herrschenden Seilkraftverhältnis die Umschlingungsreibung kleiner als die erforderliche Haftreibung wird, so kommt es zum Durchrutschen des Tragseils auf der Treibscheibe.
• Im Zusammenhang mit der Erfindung wird davon ausgegangen, dass durch das Zusammenwirken zwischen Vorrichtung und dem mindestens einen Tragseil keine weiteren wesentlichen Reibungskräfte auftreten. Dies kann durch entsprechende Wahl der Oberflächenbeschaffenheit des zum Abheben des Tragseils verwendeten Mittels, besonders der Lagerung der Rolle sowie durch die äußeren Abmessungen der bevorzugt eingesetzten Rolle beeinflusst werden. Wichtige Faktoren sind dabei die Reibung des mindestens einen über die Rolle laufenden Tragseils mit der Rollenoberfläche, gegebenenfalls Reibung des Rollenlagers sowie Reibung, die durch den begrenzten Biegeradius des mindestens einen über die Rolle laufenden Tragseils im Seil selbst bedingt wird. Der Fachmann kennt diese Verhältnisse und wird die genaue Ausführung des Mittels und dessen äußere Abmessungen je nach Anwendungsgebiet anpassen.
• Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäß auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, also eine Vorrichtung, die zur Bestimmung der Treibfähigkeit einer Treibscheibe bei Aufzugsanlagen mit Treibscheibenantrieb geeignet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine bevorzugt walzenförmige Rolle aufweist, die am Umfang der Treibscheibe, vorzugsweise am Einlaufpunkt des Tragseils und, bezüglich der Längsausdehnung der walzenförmigen Rolle, quer zum Verlauf des Tragseils anordenbar ist.
• Vorzugsweise ist die Rolle in mindestens einem Lagerblock drehbar gelagert, vor allem um die Reibung mit dem auf die Rolle auflaufenden Tragseils möglichst gering zu halten. Dabei ist vorgesehen, dass der mindestens eine Lagerblock am Umfang der Treibscheibe fixierbar ist. Vorzugsweise wird die Fixierbarkeit durch formschlüssige und/oder reibschlüssige Verspannbarkeit des Lagerblocks am Umfang der Treibscheibe erreicht. Die Verspannbarkeit wird bevorzugt durch mindestens eine mit dem mindestens einen Lagerblock verbundene Spannzange ermöglicht, die vorzugsweise ähnlich der Bauweise einer Treibscheibenklemme ausgeführt ist.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Rolle zumindest ein mit der Rolle kraftschlüssig verbundenes erstes Spannseil auf. Das Spannseil ist entweder direkt mit der Rolle oder mit dem mindestens einen Lagerblock, worin die Rolle gelagert ist, verbunden. Das Spannseil ist von seinen geometrischen Abmessungen derart ausgestaltet, dass es von der am Einlaufpunkt der Tragscheibe angeordneten Rolle über den Umfang der Treibscheibe hinweg zum Auslaufpunkt führbar und an mindestens einem auslaufenden Tragseil fixierbar ist. Die Fixierbarkeit des Spannseils am Tragseil wird vorzugsweise durch eine Seilklemme erreicht, die Spannseil und ablaufendes Tragseil miteinander verklemmt. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Spannseil so verspannt, dass die Rolle am Einlaufpunkt fixiert wird. Wird nun die Treibscheibe weiterbewegt, so zieht das Spannseil die Rolle über den Einlaufpunkt hinweg, sodass das mindestens eine Tragseil auf die Rolle aufläuft. Vorteilhafterweise erübrigen sich so weitere Maßnahmen zur Fixierung der Rolle am Umfang der Tragscheibe.
• In bevorzugter Ausführung weist die Rolle neben dem ersten Spannseil, welches über den Umfang der Treibscheibe hinweg mit dem ablaufenden Tragseil verbindbar ist, ein mit der Rolle kraftschlüssig verbundenes zweites Spannseil auf, welches in Richtung des einlaufenden Tragseils führbar ist und dort, bevorzugt mittels Seilklemme, an dem einlaufenden Tragseil fixierbar ist. Die so ausgeführte Vor richtung ist durch die Verspannbarkeit der beiden Spannseile vorzugsweise am Einlaufpunkt des Tragseils am Umfang der Treibscheibe fixierbar. Durch die Fixierung der Rolle mittels der beiden Spannseile wird erreicht, dass die Rolle ortsfest mit dem Tragseil verbunden ist.
• Tritt nun bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Verringern des wirksamen Umschlingungswinkels Seilrutschen auf, so rutscht das Tragseil derart, dass die Rolle in Richtung Einlaufpunkt zurückbewegt wird, was wiederum den wirksamen Umschlingungswinkel vergrößert. Dadurch wird die Umschlingungsreibung erhöht, was schließlich das einsetzende Seilrutschen zum Stopp bringt. Durch diese Maßnahme wird ein weiteres unkontrolliertes Durchrutschen der Tragseile verhindert. Vorteilhafterweise werden so zusätzliche Maßnahmen zur Sicherung übermäßiger und unkontrollierter Fahrkorbbewegungen überflüssig. Der Fachmann erkennt, dass diese Maßnahme voraussetzt, dass die Rolle in diesem Fall an demjenigen Einlaufpunkt des Tragseils befestigt wird, woran die höhere Seilkraft S₂ vorherrscht, sodass beim einsetzenden Durchrutschen Tragseil und Rolle zum Einlaufpunkt zurückgezogen werden und sich der wirksame Umschlingungswinkel vergrößern kann. Würde der Einlaufpunkt auf der anderen Seite gewählt, wo die geringere Seilkraft S₁ herrscht, würde bei einsetzendem Seilrutschen die Rolle weiter vom Einlaufpunkt wegbewegt, was den Umschlingungswinkel weiter verringern und das Seilrutschen nachteilig beschleunigen würde. Im normalen Betriebszustand einer Aufzugsanlage ist die Gewichtskraft des Gegengewichts in der Regel so gewählt, dass sie dem Gewicht des Fahrkorbs bei halber Nennbelastung entspricht. Bei leerem Fahrkorb und ohne Berücksichtigung der Seilgewichte herrscht die größere Seilkraft S₂ demnach auf der Ge gengewichtsseite. Es ist daher vorgesehen, die erfindungsgemäße Vorrichtung am Einlaufpunkt des zum Gegengewicht führenden Tragseils anzuordnen.
• In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung mindestens eine weitere, parallel zur ersten Rolle angeordnete Rolle, die von der ersten Rolle beabstandet ist, auf. Wird bei Drehung der Treibscheibe ein Zustand erreicht, bei dem die vorzugsweise eingesetzte Rolle sich soweit vom ursprünglichen Einlaufpunkt der Tragseil entfernt hat, dass das nun über die Rolle laufende Tragseil unerwünschter Weise wieder in Kontakt mit dem Treibscheibenumfang kommt, so wird dies vorzugsweise verhindert, indem entweder eine zweite oder weitere parallel zur ersten Rolle angeordnete Rollen, die von der ersten Rolle beabstandet sind, am Einlaufpunkt angeordnet werden, auf die nun bei weiterer Drehung der Tragscheibe das Tragseil auflaufen kann.
• Der Fachmann wird die Dimensionierung und Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit von den geometrischen Verhältnissen an der jeweiligen Treibscheibe ohne Weiteres anpassen.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren weiter erläutert und beschrieben.
• 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer walzenförmigen Rolle (10) die in einem Lagerblock (20) gelagert ist.
• 2: zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei der Lagerblock (20) als Klemme zum Verspannen am Rand der Treibscheibe (40) ausgebildet ist und mindestens eine Klemmbacke (25) aufweist.
• 3 zeigt die Ausführung gemäß 2 in Betrieb, wobei Rolle (10, 15) und Lagerblock (20) am Umfang einer Treibscheibe angeordnet sind. Beispielhaft sind die über die Rolle (10) geführten Tragseile (30) dargestellt. 3A zeigt die Schnittansicht; 3B zeigt eine schematische Gesamtansicht. Zur Verkleinerung des ursprünglichen Umschlingungswinkels β_B (100) wird die Rolle (10) durch Drehen der Treibscheibe vom ursprünglichen Einlaufpunkt der Tragseile wegbewegt (Pfeil), wodurch sich ein verringerter Umschlingungswinkel (110) einstellt. 3C zeigt eine schematische Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels mit mindestens zwei Rollen (10, 15).

Claims (10)

1. Verfahren zur Bestimmung der Treibfähigkeit einer Treibscheibe bei Aufzugsanlagen mit Treibscheibenantrieb, mit Fahrkorb, Gegengewicht und mindestens einem über einen bauartbedingten Umschlingungswinkel β_B über die Treibscheibe geführten Tragseil, enthaltend den Schritt: Verkleinern des wirksamen Umschlingungswinkels so weit, bis bei einem Umschlingungsgrenzwinkel β_P zwischen Treibscheibe und Tragseil anfängliches Seilrutschen auftritt, wobei aus dem bauartbedingten Umschlingungswinkel β_B, dem im Zustand anfänglichen Seilrutschens gemessenen Umschlingungsgrenzwinkel β_P, der bauartbedingten Seilkraft auf der Fahrkorbseite S₁ und der bauartbedingten Seilkraft auf der Gegengewichtsseite S₂ die maximale Treibfähigkeit der Treibscheibe T_max gemäß folgender Formel bestimmt wird:

   
2. Verfahren nach Anspruch 1 wobei das einsetzende Seilrutschen mit mindestens einem am Tragseil und/oder Treibscheibe verbundenen Messwertaufnehmer erfasst und gegebenenfalls einer Auswerteeinheit zugeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Verringerung des Umschlingungswinkels ein Mittel zum Abheben des Tragseils von der Treibscheibe eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Mittel am Umfang der Treibscheibe, am Einlaufpunkt des einlaufenden Tragseils angeordnet wird und mit Tragseil und/oder Treibscheibenumfang ortsfest verbunden wird, sodass bei Drehung der Treibscheibe das einlaufende Tragseil auf das Mittel aufläuft.
5. Vorrichtung zur Bestimmung der Treibfähigkeit einer Treibscheibe bei Aufzugsanlagen mit Treibscheibenantrieb, enthaltend mindestens eine walzenförmige Rolle (10), die am Umfang der Treibscheibe, am Einlaufpunkt des Tragseils und quer zum Verlauf des Tragseils anordenbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Rolle (10) in mindestens einem Lagerblock (20) drehbar gelagert ist und der Lagerblock (20) am Umfang der Treibscheibe fixierbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Lagerblock (20) formschlüssig und/oder reibschlüssig am Umfang der Treibscheibe verspannbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Rolle ein mit der Rolle kraftschlüssig verbundenes erstes Spannseil (100) aufweist, das vom Einlaufpunkt über den Umfang der Treibscheibe bis zum Auslaufpunkt des Tragseils führbar und mit diesem verbindbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Rolle ein zweites mit der Rolle verbundenes Spannseil (110) aufweist, das vom Einlaufpunkt zu dem einlaufenden Tragseil führbar ist und mit diesem verbindbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Vorrichtung mindestens zwei voneinander beabstandete und zueinander parallel angeordnete Rollen aufweist.