HK1011391B - Device for detecting the end of service life for synthetic fibre ropes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erkennung der Ablegereife bei Kunstfaserseilen für Aufzüge.

Bis heute werden im Aufzugsbau Stahlseile verwendet, welche mit den Kabinen bzw. den Lastaufnahmemitteln und Gegengewichten verbunden sind. Diese laufenden Stahlseile sind nicht dauerfest. Durch schwellende Spannungen und unterstützt durch den Verschleiss treten in den Biegezonen nach und nach Drahtbrüche auf. Das Versagen tritt durch die Kombination der verschiedenen Beanspruchungen in Aufzugsseilen, geringe Zugspannungen, aber hohe Pressungen bei hohen Spielzahlen, auf. Im Aufzugsbau spricht man von einem kontrollierbaren Seilversagen. Dies bedeutet, dass aus dem äusseren Zerstörungsgrad des Seiles die gefahrlose Restnutzungsdauer ablesbar ist. Von der Zahl der Drahtbrüche und vor allem von der Zahl der äusseren Drahtbrüche kann nur bedingt auf die verbleibende Seilbruchkraft geschlossen werden. Innere Drahtbrüche bleiben unter Umständen unbemerkt. Aufgrund dessen wird die Ablegedrahtbruchzahl durch eine bestimmte Anzahl von Drahtbrüchen auf einem Seilabschnitt definiert. Der Prüfer zählt entsprechend die Anzahl der Drahtbrüche. Wird die Ablegereife des Drahtseiles an der Drahtbruchzahl rechtzeitig erkannt, bleibt im Normalfall eine ausreichende Restbruchkraft erhalten, die die auftretende Seilzugkraft übersteigt.

Ein Kunstfaserseil ist insofern nicht mit einem Stahlseil zu vergleichen. Aufgrund der Kunstfaserseilmachart kann das oben beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Ablegereife nicht zur Beurteilung eines möglichen Verschleisszustandes eines Kunstfaserseiles genutzt werden. Der äussere Mantel des neuartigen Tragorganes verhindert die visuelle Erkennung von Faser- oder Litzenbrüchen.

Mit der GB-PS 2 152 088 ist ein Kunstfaserseil bekanntgeworden, bei dem eine oder mehrere elektrisch leitende Indikatorfasern in die Litzen eingelegt werden, um den Seilzustand zu überwachen. Die von den Kunstfasern umgebenen Kohle-Indikatorfasern und die Litze sollen die gleichen mechanischen Eigenschaften haben, so dass sie gleichzeitig versagen. Durch Anlegen einer Spannungsquelle an der Indikatorfaser kann ein Reissen der Faser detektiert werden. Auf diese Weise kann jede einzelne Litze eines Kunstfaserseil überprüft und bei Überschreiten einer gewissen Anzahl gerissener Litzen das Seil ausgewechselt werden.

Bei der vorstehend beschriebenen Erfindung werden die Indikatorfasern so dimensioniert, dass sie gleichzeitig mit den tragenden Litzen reissen. Im Extremfall ist somit eine ausreichende Restbruchkraft schwierig zu erhalten, da der Riss einer Indikatorfaser das Versagen einer gesamten tragenden Litze bedeutet und nicht nur einer einzelnen Faser einer Litze. Die Zeitspanne zwischen einem scheinbar intakten Seil und einer notwendigen Auswechslung des Seils ist aufgrund dieser Methode sehr klein. Der Verschleissfortschritt ist somit nicht erkennbar. Diese Einrichtung kann den Sicherheitsanforderungen im Aufzugsbau nicht genügen. Desweitern ist eine Durchmesserreduzierung des Kunstfaserseils, bzw. eine Abnutzung des Mantels, auch nach einer grossen Anzahl Biegewechsel optisch nicht zu erkennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ablegereifeerkennung für ein Kunstfaserseil für Aufzüge der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und mittels welcher eine Auswechslung der Seile zuverlässig rechtzeitig, jedoch nicht unnötig vorzeitig erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass durch unterschiedliche Eigenschaften der leitenden Indikatorfasern und der tragenden Fasern eine genaue Beurteilung der Restbruchkraft des Kunstfaserseils möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Ablegereifeerkennung für Kunstfaserseile möglich. Jede Litzenlage des Kunstfaserseils besitzt vorzugsweise mehr als eine Indikatorfaser, damit eine Zufälligkeit in der Beurteilung des Seilzustandes ausgeschlossen ist. Den mit den Fasern zu Litzen verdrehten bzw. verzwirnten Kohle-Indikatorfasern kann pro Lage je eine Farbe zugeteilt werden um ein Anschliessen an eine Spannungsquelle zu vereinfachen. Indikatorfasern in mindestens jeder Litzenlage ermöglichen eine vorausschauende Abschätzung des Ablegezeitpunktes. Mittels einer mit den Indikatorfasern in Verbindung stehenden Inspektionssteuerung findet in bestimmten Intervallen eine selbsttätige Überprüfung des Seiles statt. Bei einer Grenzwertüberschreitung wird der Aufzug automatisch zu einer bestimmten Haltestelle gefahren und abgeschaltet. Zudem kann das Seil mit einem zweischichtigen, verschiedenfarbigen Seilmantel ausgestattet werden, so dass der Verschleissgrad des Seiles auf einfache Art und Weise optisch überprüft werden kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1

eine schematische Darstellung einer Aufzugsanlage,

Fig.2, 3

ein Kunstfaserseil mit Indikatorfasern,

Fig.4

eine Litze eines Kunstfaserseils mit einer Kohle-Indikatorfaser,

Fig.5

eine Kontaktierung von Indikatorfasern an einem Seilende,

Fig.6

ein Schaltschema der Inspektionssteuerung, und

Fig.7

ein Kunstfaserseil im Querschnitt mit mehrfarbigem Mantel.

Fig.1 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufzugsanlage. Eine in einem Aufzugsschacht 1 geführte Kabine 2 wird von einem Antriebsmotor 3 mit einer Treibscheibe 4 über ein Kunstfaserseil 5 angetrieben. Am anderen Ende des Seiles 5 hängt ein Gegengewicht 6 als Ausgleichsorgan. Die Befestigung des Seils 5 an der Kabine 2 und am Gegengewicht 6 erfolgt über Seilendverbindungen 7. Der Reibwert zwischen dem Seil 5 und der Treibscheibe 4 wird so dimensioniert, dass bei auf einem Puffer 8 aufgesetztem Gegengewicht 6 eine weitere Förderung der Kabine 2 verhindert wird.

Fig.2 und Fig.3 zeigen ein Kunstfaserseil 5 mit Indikatorfasern. Das gezeigte, in Gegenschlagausführung aufgebaute Kunstfaserseil 5 ist dreilagig. Ein Seilmantel 12 umgibt eine äusserste Litzenlage 13. Zwischen einer mittleren Litzenlage 14 und der äussersten Litzenlage 13 wird ein reibungsmindernder Stützmantel 15 angebracht. Dann folgen eine innere Litzenlage 16 und eine Seilseele 17. Die Litzen 18 werden aus einzelnen Aramidfasern verdreht bzw. verzwirnt. Jede einzelne Litze 18 wird zum Schutz der Aramidfasern mit einem Imprägniermittel, z.B. Polyurethanlösung, behandelt. Das Prinzip der Ablegereifeerkennung basiert auf der Zusammenführung zweier Fasertypen mit verschiedenen Eigenschaften zu einer Litze 18. Die eine Faser, das Aramid, besitzt eine hohe Biegewechselfähigkeit und eine hohe spezifische Dehnung. Die andere Faser, eine Kohlefaser 19, hat ein spröderes Verhalten, also eine weniger gute Biegewechselfähigkeit und eine niedrigere Bruchdehnung als die Aramidfasern. Diese Werte der Kohle-Indikatorfasern 19 können je nach Anwendung bei 30% - 75% der Werte von Aramidfasern liegen. Entsprechend der im Seil 5 auftretenden verschiedenen Seilzugspannungen werden Kohle-Indikatorfasern 19 mit verschiedenen Bruchdehnungen im Seil 5 positioniert. Aufgrund der Seilmachart nimmt die Litzenlänge zur Seele 17 des Seiles 5 hin ab, so dass im laufenden Betrieb die inneren Litzen die geringste Dehnung aufweisen werden. Der Dehnung entsprechend werden für die Indikatoren 19 leitfähige Fasern mit zur Seilseele 17 hin geringer werdenden Bruchdehnungen verwendet. Mit Hilfe einer Spannungsquelle kann die Anzahl der gerissenen Kohle-Indikatorfasern 19 bestimmt werden.

Fig.4 zeigt eine Litze 18 eines Kunstfaserseils 5 mit einer Kohle-Indikatorfaser 19. Beide Fasertypen, Aramidfasern 20 und die Kohlefaser 19, werden bei der Litzenherstellung parallel angeordnet und miteinander verdreht bzw. verzwirnt. Dabei kann die Kohlefaser 19 auch genau mittig in der Litze 18 plaziert werden, oder auf der Mantellinie wendelförmig verlaufen. Die Kohlefaser 19 sollte innerhalb des Imprägniermittels angeordnet werden, damit ein ausreichender Schutz gegen Pressung und Reibung gegeben ist. Ansonsten ist ein vorzeitiges Versagen der Kohle-Indikatorfaser 19 zu erwarten und das Seil 5 erscheint fälschlicherweise ablegereif. Im laufenden Betrieb wird in jedem Falle die Kohle-Indikatorfaser 19 entweder aufgrund zu grosser Dehnungen oder einer zu grossen Anzahl von Biegewechseln eher reissen oder brechen als die Aramidfasern 20 einer Litze 18, welche sich durch aussergewöhnlich gute dynamische Eigenschaften auszeichnet.

Fig.5 zeigt eine Kontaktierung der Kohle-Indikatorfasern 19 an einem Ende eines Seiles 5. Ausschlaggebend für diese Ablegereifeerkennung ist die gute elektrische Leitfähigkeit der Kohle-Indikatorfasern 19. Die Indikatorfaser 19 wird in jeder Litzenlage 13, 14, 16 oder in der äussersten und innersten Litzenlage 13, 16 mindestens in zwei Litzen 18 plaziert. In wenigen Fällen reicht auch nur eine Indikatorfaser 19 in den einzelnen Litzenlagen 13, 14, 16 aus. Bei 1:1 gehängten Aufzügen werden immer zwei Indikatorfasern 19 einer Litzenlage 13, 14, 16 auf dem Gegengewicht 6 durch Verbindungselemente 22 miteinander verbunden bzw. in Reihe geschaltet. Bei 2:1 gehängten Anlagen kann dieser Vorgang im Maschinenraum durchgeführt werden. Die Indikatorfasern 19 werden aus dem Verbund des aus der Seilendbefestigung 7 geführten Seilendes herausgelöst und immer paarweise miteinander verbunden. Auf der Kabine 2 werden die Seilenden ebenfalls aus der Seilendverbindung 7 herausgeführt und die Indikatorfasern 19 aus dem Seilverbund gelöst. Dort werden die zusammengehörigen Kohle-Indikatorfasern 19 mittels Durchgangsmessung herausgesucht und mit gekennzeichneten elektrischen Leitungen verbunden. Diese Leitungen führen auf der Kabine 2 in eine Inspektionssteuerung. Um den Anschluss an die Inspektionssteuerung zu vereinfachen, werden den einzelnen Litzenlagen 13, 14, 16 verschiedene Farben zugeordnet. In der Inspektionssteuerung befinden sich alle notwendigen elektronischen Bauteile, die eine ständige Prüfung des Kunstfaserseiles 5 ermöglichen.

Fig.6 zeigt ein Schaltschema der Inspektionssteuerung. Über eine Spannungsquelle 25 wird ein konstanter Strom Ik in die zum Gegengewicht 6 laufende Indikatorfaser 19 eingespeist. Die Kohle-Indikatorfaser 19 stellt einen Widerstand R dar. Ein Tiefpassfilter TP filtert die ankommenden Impulse und führt diese einem Schwellwertschalter SW zu. Der Schwellwertschalter SW vergleicht die gemessenen Spannungen. Bei Überschreitung spezifischer Grenzwerte, d.h. aufgrund der reissenden Indikatorfasern 19 wird der Widerstand so gross, dass der zulässige Spannungswert überschritten wird. Diese Überschreitung des Grenzwertes wird von einem nicht flüchtigen Speicher M gespeichert. Dieser Speicher M kann mittels einer Reset-Taste T gelöscht werden oder er gibt seine Informationen an eine auf der Kabine 2 befindliche Logik L weiter. Diese Logik L wird von der Aufzugssteuerung selbsttätig abgefragt. Jede Indikatorpaarung wird entsprechend der obengenannten Anordnung verkabelt und ständig überprüft. Die Aufzugssteuerung überprüft dauernd die Logik und schaltet den Aufzug ab, wenn zu viele Faserrisse von der Logik übermittelt werden.

Damit eine bestimmte Resttragfähigkeit des Seiles 5 gewährleistet werden kann, darf nur ein bestimmter Prozentsatz der Indikatorfasern 19 versagen. Dieser Wert kann, in Abhängigkeit der Dimensionierung der Kohle-Indikatorfasern 19, zwischen 20% und 80% liegen, bezogen auf alle Kohle-Indikatorfasern 19. Dann wird der Aufzug selbsttätig in einen vorbestimmten Halt gefahren und ausgeschaltet. Störungsmeldungen können über ein Display weitergegeben und angezeigt werden. Der Verschleisszustand kann über ein Modem von jedem beliebigen Ort aus abgefragt werden.

Diese Ablegereifeerkennung ermöglicht auch die Prüfung von Litzen 18, die in der mittleren oder innersten Litzenlage 14, 16 des Seiles 5 angeordnet sind, ohne das eine visuelle Beurteilung oder eine induktive Prüfung notwendig wäre. Damit den verschiedenen mechanischen Spannungszuständen in den Litzenlagen 13, 14, 16 im Kunstfaserseil 5 Rechnung getragen werden kann, werden den einzelnen Lagen 13, 14, 16 Kohle-Indikatorfasern 19 mit entsprechenden Bruchdehnungen zugeordnet. Den äussersten Indikatorfasern 19, die neben den Pressungen die höchsten Schubbelastungen ertragen müssen, können Indikatorfasern 19 mit einer etwas höheren Bruchdehnung zugeordnet werden. Auf diesem Weg kann eine optimal gesteuerte Seilverschleisskontrolle gewährleistet werden.

Fig.7 zeigt ein Kunstfaserseil 5 im Querschnitt, mit mehrfarbigem Mantel. Für die visuelle Beurteilung eines Kunstfaserseils 5 auf einen möglichen ablegereifen Verschleisszustand wird die vorhandene Seilmanteloberfläche überprüft. Dafür muss gewährleistet werden können, dass ein Abrieb des Seilmantels 12 an der Oberfläche erfolgt. Dieser Abrieb wird über den im laufenden Betrieb auftretenden Schlupf erzeugt. Der Schlupf stellt das Mass für die Relativbewegung zwischen Seil 5 und Treibscheibe 4 dar. Er ist definiert als die Differenz der Geschwindigkeiten von Seil 5 und Treibscheibe 4 bezogen auf die Seilgeschwindigkeit. Hat ein Seil 5 beim Auflaufen auf die Treibscheibe 4 nicht deren Geschwindigkeit, spricht man von Gleitschlupf. Wenn beim Lauf über die Treibscheibe 4 die an beiden Seiten hängenden Gewichte unterschiedliche Seilzugkräfte verursachen, wird in jedem Fall Dehnschlupf auftreten, auch wenn die Treibfähigkeit überaus gross wäre. Das Seil 5 hat bei unterschiedlichen Seilzugkräften vor und hinter der Treibscheibe 4 verschiedene Spannungen. Dadurch werden verschiedene Dehnungen vor und hinter der Treibscheibe 4 erzeugt. Beim Lauf über die Treibscheibe 4 stellt sich der neue Dehnungszustand durch Rutschen des Seiles 5 ein. Bei kleinem Seilkraftverhältnis tritt die daraus resultierende Rutschbewegung im Bereich des Ablaufpunktes auf, bei voll ausgeschöpfter Treibfähigkeit tritt dagegen ein Rutschen über den gesamten Umschlingungsbogen auf.

Das Seil 5 gleitet immer auf der Treibscheibe 4 in Richtung der grösseren Seilzugkraft, unabhängig von der Drehrichtung der Treibscheibe 4. Die Grössenordnung des Dehnschlupfes wächst entsprechend der Treibfähigkeit des Seilmantels 12 und der Rillengeometrie der Treibscheibe 4.

Der Seilmantel 12 soll eine der Litzenstruktur entsprechende Oberfläche erhalten. Die Oberfläche des Seilmantels 12 kann als Berg-/Talstruktur bezeichnet werden. Aufgrund der Materialkombination des Kunstfaserseils 5 und der Guss-/Stahltreibscheibe 4 unterliegt diese keinem abrasiven Verschleiss mehr, so dass im Prinzip von einer definierten Lauffläche 30 gesprochen werden kann. Allfällige Flüssigkeiten auf der Treibscheibe 4 können aufgrund der Berg-/Talstruktur des Seilmantels 12 von der definierten Lauffläche verdrängt werden. Die grössten Pressungen, die auf die ummantelten Litzen 18 wirken, werden im Rillengrund 31 der Treibscheibe 4 auf die Bergbereiche 32 des Seiles 5 ausgeübt. Folglich werden dort die grössten Verschleisserscheinungen zu erkennen sein. Vor allem durch den Dehnschlupf, aber auch in einem gewissem Masse durch den Gleitschlupf, wird der Oberflächenverschleiss erzeugt. Aus Erfahrungen mit den Stahlseilen werden die grössten Veränderungen auf den Beschleunigungsstrecken zu verzeichnen sein. Damit der Betrag des Abriebes festgestellt, d.h. dem Prüfer ein Mittel zur visuellen Kontrolle zur Verfügung gestellt werden kann, ob bis zur nächsten Prüfung genügend Manteldicke vorhanden ist, wird der Seilmantel 12 in einer inneren 33 und einer äusseren Farbe 34 extrudiert. Die Dicke der seilinneren Extrusion, d.h. die zweite Farbe 33 misst eine spezifische Stärke, die noch ein genügend grosses Laufvermögen garantiert. Der Mantel 12 schützt die Litzen 18 und erzeugt die notwendige Traktionsfähigkeit. Erkennt der Prüfer bei einer visuellen Kontrolle die einextrudierte zweite Farbe 33 des Seilmantels 12, so weiss er, dass das Seil 5 in absehbarer Zeit ersetzt werden muss.

Zur optimalen Beurteilung des Seilzustandes eines Kunstfaserseiles sollte eine Kombination der beiden Prüfverfahren, die Selbstkontrolle mittels Indikatorfasern 19 und die visuelle Seilmantelkontrolle mit einem zweifarbigen Mantel, angewendet werden.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Erkennung der Ablegereife von Kunstfaserseilen (5) für Aufzüge, wobei das Kunstfaserseil (5) aus mehreren Litzenlagen (13, 14, 16) aufgebaut ist und dessen Litzen (18) aus Aramidfasern (20) und elektrisch leitenden Kohle-Indikatorfasern (19) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle-Indikatorfasern (19) für eine geringere spezifische Dehnung und eine niedrigere Biegewechselfähigkeit als die Aramidfasern (20) dimensioniert sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchdehnungen der Kohle-Indikatorfasern (19) zur Seilseele (17) hin geringer werden.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Litzenlage (13, 14, 16) mindestens eine Kohle-Indikatorfaser (19) aufweist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle-Indikatorfasern (19) mit den Aramidfasern (20) aus einer parallelen Anordnung miteinander verdreht oder verzwirnt sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle-Indikatorfasern (19) mittig in den Litzen (18) verlaufen.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle-Indikatorfasern (19) wendelartig auf der Oberfläche einer Litze (18) verlaufen.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzugssteuerung selbsttätig den Zustand des Seiles (5) bzw. der Litzen (18) von einer Logik (L) abfragt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den einzelnen Litzenlagen (13, 14, 16) verschiedene Farben zugeordnet werden.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Seilmantel (12) des Kunstfaserseiles (5) eine innere Mantelfarbe (33) und eine äussere Mantelfarbe (34) aufweist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Seilmantels (12) im Bereich der inneren Mantelfarbe (33) ein genügend grosses Laufvermögen garantiert.