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Dokumentenidentifikation DE102005008117A1 06.04.2006
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Hubwerksbremsen von Kranen ohne Last
Anmelder NKM Noell GmbH, 97080 Würzburg, DE
Erfinder Zierlein, Bernhard, 97270 Kist, DE;
Wagner, Gerhard, Prof. Dr.-Ing., 35083 Wetter, DE
Vertreter Lüdtke, F., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 30853 Langenhagen
DE-Anmeldedatum 21.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005008117
Offenlegungstag 06.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.04.2006
IPC-Hauptklasse B66C 13/16(2006.01)A, F, I, 20060109, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B66D 5/00(2006.01)A, L, I, 20060109, B, H, DE   G01L 5/28(2006.01)A, L, I, 20060109, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Hubwerksbremsen von Kranen ohne Last, vorzugsweise von Großkranen, bei dem eine mit der Bremse (2) verbundene zusätzliche dem Prüfungsfall entsprechende Schwungmasse (1) auf eine vorgegebene Drehzahl (n) beschleunigt mit einem vorgegebenen Bremsmoment (MBr) abgebremst wird, wobei die Bremszeit (t) oder der Bremsweg gemessen und mit einem vorgegebenen Weg oder einer vorgegebenen Zeit (t) verglichen werden, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung hat den Vorteil, daß das Prüfen von Hubwerksbremsen von Kranen ohne Last und den dadurch erforderlichen Aufwand möglich ist. Die Erfindung ist besonders geeignet für Krananlagen mit einer Tragfähigkeit über 50 t.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Hubwerksbremsen entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung ist geeignet, um Hubwerksbremsen von Kranen ohne Last zu prüfen. Der Einsatz der Erfindung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Hubwerksbremsen von Großkranen mit einer Tragfähigkeit von mehr 50 t überprüft werden müssen.

Hubwerksbremsen müssen entsprechend der gesetzlichen Bestimmungen in regelmäßigen Abständen, in der Regel jährlich, mit annähernder Nennlast überprüft werden. Dadurch werden alle im Kraftfluß liegenden Maschinen und Bauteile zusätzlich belastet, wobei es zum vorzeitigen Ausfall der betreffenden Teile kommen kann. Insbesondere für Großkrane mit einer Tragfähigkeit von 50 t müssen Probelastgewichte bis zum 200 t beschafft werden, was sehr arbeitaufwendig und zeitintensiv ist. In Fällen, in denen die Probelastgewichte auf Zwischendecken abgelegt werden müssen, ist das wegen der hohen Bodenbelastung unter dem Kran gar nicht möglich, so daß eine jährlich wiederkehrende Prüfung mit der Nennlast nicht durchführbar ist. Es wird daher nach Wegen gesucht, die vorgeschriebenen Prüfungen überhaupt durchführen zu können bzw. zu vereinfachen.

Eine Möglichkeit besteht darin, nur nach Bedarf zu prüfen, das heißt, insbesondere bei Maschinenhauskranen (Turbinen) wird die Nennlast nur bei der Montage bzw. Demontage der Turbine gehoben. Da die Demontage der Turbine erst nach 15 bis 20 Jahren erfolgt und die Turbine selbst die Prüflast bei der Bremsprüfung bildet, erfolgt die Bremsprüfung mit der vorgeschriebenen Last unter Beisein eines Fachmannes nur in diesen Zeitabständen. In der Zwischenzeit können Bremsprüfungen nur mit erforderlichen Teillasten durchgeführt werden. Infolgedessen ist es allerdings erforderlich, daß die zuständigen Versicherungen für die Anlage ihr Einverständnis geben, ob bei einem Störfall der betreffenden Schaden abgesichert ist.

Eine weitere Möglichkeit ist eine Bremsprüfung ohne Seileinscherung.

Bei einem Kran mit 100 t Tragefähigkeit mit zwei Trommeln 2 × 4fach eingeschert und Umlenkrolle und einem Wirkungsgrad n = 0,92 ergibt sich ein

Es wäre deshalb möglich, das Hubseil auszuscheren und an jeder Trommel 13,6 t auszuhängen, und die Bremsprüfung durchzuführen.

Vorteil:

Die Prüflast wird um die Einscherung reduziert und die Tragkonstruktion wird nicht zusätzlich durch die Prüflast beansprucht.

Nachteil:

Antriebskette wird wie mit Prüflast beansprucht.

Hubseil Aus- und Anscheren sehr aufwendig und kostenintensiv.

Eine weitere Möglichkeit stellt die statische Bremsprüfung mit Bremsprüfgeräten dar. Dazu wurde ein Bremsgerät entwickelt, das wie folgt funktioniert:

Gegen eine gebremste Scheibenbremse wird auf die Bremsscheibe so lange mit einem Hydraulikzylinder einen Moment aufgebracht, bis die Bremsscheibe zu rutschen beginnt. Über Zylinderdruck und Hebelarm wird das Bremsmoment ermittelt. Das Bewegen der Bremsscheibe wird über einen Sensor überwacht. Nachteilig an dieser Möglichkeit ist, daß die rotierenden Massen nicht berücksichtigt werden und das Moment gegen die Halt- und nicht gegen die Gleitreibung gemessen wird, was nicht mit dem tatsächlichen Bremsvorgang vergleichbar ist. Außerdem handelt es sich dabei um eine Methode, die nicht von der Berufsgenossenschaft zugelassen ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu finden, Hubwerksbremsen von Kranen mit geringem Aufwand und ohne Probegewicht durchzuführen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst und eine Vorrichtung nach den Merkmalen des Patentanspruches 2.

Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, Hubwerksbremsen von Kranen dadurch zu prüfen, daß eine zusätzliche Schwungmasse mit der Bremse verbunden ist. Diese zusätzliche Schwungmasse, die nach dem zu prüfenden Bremsfall bemessen wird, wird auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt. Das Beschleunigen kann durch die Motor über ein Getriebe oder ohne Getriebe erfolgen.

In besonderen Fällen kann die Schwungmasse über ein Lager und ein Zahnrad mit der Bremsscheibe verbunden sein, wobei die Bremsscheibe in diesen Fällen vorzugsweise an ihrem Außenumfang Außenverzahnungen aufweist, so daß eine formschlüssige Verbindung zwischen Zahnrad und Außenverzahnung der Bremsscheibe entsteht. Die mit Schwungmasse beschleunigte Bremsscheibe wird, wenn sie die vorgegebene Drehzahl erreicht hat, abgebremst, wobei über Sensoren oder geeignete andere Elemente die Bremszeit oder der Bremsweg gemessen wird. Als Bremszeit gilt die Zeit vom Beginn des Bremsvorganges bis zum Stillstand der Bremsschreibe. Der Bremsweg kann mit der Bewegung des Hebezeuges am Kran gemessen werden.

Sofern die Schwungmasse direkt auf der Kupplung des Motors angeordnet wird, ergibt sich die vorgegebene maximale Drehzahl aus der maximalen Drehzahl des Motors, sofern ein Getriebe dazwischengeschaltet ist, aus der maximalen Drehzahl, die durch das Getriebe erreicht wird. Das Bremsmoment wird aus der Nennlast reproduziert über die Formel:

n
Motordrehzahl bzw. Drehzahl der Schwungmasse in 1/min
t
Bremszeit in sec.

Für die Lösung der Gleichung (1) ist die Ermittlung des Massenträgheitsmomentes erforderlich bei gegebener Drehzahl und festgelegter Bremszeit.

Hierzu können zwei Wege begangen werden:

  • a) Ermittlung über das Lastenmoment und Massenträgheitsmoment der Last nach 1. Vorgabe einer Bremszeit, die im Test nicht überschritten werden darf. Bestimmungen der Zusatzschwungmasse aus dieser Bremszeit, der Last und den Triebwerksdaten.

    1. Lastenmoment (an Motorwelle) aus Hublast:
    Mit
    ML
    Lastmoment in Nm
    L
    Hublast in kg
    g
    Erdb. in m/s2
    Vh
    Hubgeschw. in m/min
    N
    Motordrehzahl in 1/min
    Statt Vh/(2&pgr; n) kann auch r&tgr;/iges also Trommelradius (in m) durch Gesamtübersetzung (Getriebe × Flaschenzug) gerechnet werden.

    2. Drehträgheit (Motorwelle) aus Massenträgheit der Last:
    Mit
    IL
    Drehträgheit in kg × m2.


    3. Winkelbeschleunigung
    Mit
    ώ
    Winkelbeschleunigung in 1/s2
    T
    Bremszeit (n bis 0) in s


    4. Erforderliche Zusatzschwungmasse:
    Mit
    Izus
    Zusatzschwungmasse in kg × m2
    ƞ
    Gesamtwirkungsgrad aus Getriebe und Seilrieb.
  • b) Ermittlung über das erforderliche Bremsmoment
    Mit
    N
    Motorleistung in KW
    L
    Hublast in kg
    n
    Hubgeschwindigkeit in m/min
    ƞ
    Wirkungsgrad
    Mit
    MBr
    Bremsmoment in Nm
    g
    Erdbeschleunigung in m/s2
  • c) Sollte die erforderliche Schwungmasse an der Motorwellenkupplung zu groß werden, so ist es möglich, über ein Getriebe, das im Bedarfsfall an die Motorwellenkupplung angebaut wird, durch Übersetzung auf höhere Drehzahlen die Schwungmasse zu verringern.

Im Folgenden wird die Erfindung an zwei Figuren und einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1: Vorrichtung zum Prüfen der Hubwerksbremse eines Kranes, bei der die Schwungmasse direkt auf der Kupplung angeordnet ist.

2: Vorrichtung zum Prüfen von Hubwerksbremsen, bei der die Schwungmasse über ein Getriebe und ein Zahnrad an der Bremsscheibe angetrieben wird.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die zusätzliche Schwungmasse 1 auf der Kupplung 8 zwischen dem Getriebe 6 und dem Antriebsmotor 5 angeordnet ist und die Bremse eine Trommelbremse antreibt. Mit dem Motor 5 und dem Getriebe 6 wird die Schwungmasse 1, deren Gewicht exakt bestimmt ist, auf eine vorbestimmte Drehzahl beschleunigt. Mit der gleichen Drehzahl bewegt sich die Trommelbremse 2. Sobald die vorgegebene Drehzahl die Trommelbremse 2 erreicht ist, wird diese in einem vorgegebenen Moment abgebremst und die Zeit gemessen, die für den Bremsvorgang benötigt wird. Statt der Bremszeit, die über Sensoren an der Trommelbremse 2 erfaßt wird, kann auch der Weg gemessen werden, den das Hebezeug (nicht gezeigt) während des Bremsvorganges zurücklegt.

Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die zusätzliche Schwungmasse 1 über ein Zahnrad 7 mit der Bremsscheibe 2 verbunden ist, wobei die Bremsscheibe Außenverzahlungen 4 aufweist und somit eine formschlüssige Verbindung zwischen der Bremsscheibe 2 und dem Zahnrad 7 vorhanden ist. Zwischen dem Zahnrad 7 und der zusätzlichen Schwungmasse 1 ist ein Lager 3 angeordnet. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, daß die Drehzahl des Motors 5 über das Getriebe 6 auf eine sehr hohe Drehzahl der Bremsscheibe 2 und somit der zusätzlichen Schwungmasse 1 übersetzt werden kann, so daß bedeutend höhere Bremsmomente wie im Ausführungsbeispiel 1 erforderlich sind, um die Bremsscheibe abzubremsen.

Wie das Massenträgheitsmoment und die Schwungmasse ermittelt werden, wird am Beispiel einer Krananlage gezeigt, die folgende technische Daten aufweist: Tragfähigkeit: 110 t Motorleistung: 30 KW Motordrehzahl 960 min–1 Hubgeschwindigkeit 1,15 m/min Gesamtwirkungsgrad des Hubwerks: N = 0,935 Bremszeit: t = 0,5 sec.

Ermittlung über das Lastmoment und das Trägheitsmoment der Last:

Hier ist zu prüfen, welche Drehzahl bei Bremsbeginn im Senken vorliegt. n = 960 läßt auf Drehstrommotor schließen, der beim Senken übersynchron nü = 1040 dreht. Bei gleicher Bremszeit t von 0,5 s ergebe sich eine größere Verzögerung ώü = 217,15 1/s2.

Mit DA = 500 mm und Di = 335 mm wird die erforderliche Masse m = 63,9 kg und die Dicke der Scheibe b 76,15 mm.

Ermittlung über das erforderliche Bremsmoment:

N
= Motorleistung in KW (erforderlich)
L
= Hublast in kg
n
= Hubgeschwindigkeit in m/min
ƞ
= Wirkungsgrad
MBr
= Bremsmoment in Nm
g
= Erdbeschleunigung in m/s2
n
= Motordrehzahl in 1/min.

Aus dem Ausführungsbeispiel geht hervor, daß bei einer vorgegebenen Bremszeit von t = 0,5 sec. eine zusätzliche Masse von 63,9 kg erforderlich sind, um das erforderliche Bremsmoment für die zu prüfende Hubwerksbremse aufzubringen. Sofern die Bremszeit von 0,5 sec. überschritten wird, ist dem Bremshubwerk eine weitere Zulassung zu versagen.

Das vorgeschlagene Verfahren und die gefundene Vorrichtung haben den Vorteil, daß Hubwerksbremsen von Kranen ohne Last und ohne erheblichen Aufwand und erhebliche Kosten in regelmäßigen Abständen zuverlässig überprüfbar sind.

1Schwungmasse/Zusatzmasse 2Bremsscheibe 3Lager 4Außenverzahnung der Bremsscheibe 2 5Motor 6Getriebe 7Zahnrad 8Kupplung

Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Prüfen von Hubwerksbremsen von Kranen ohne Last, vorzugsweise von Großkranen, gekennzeichnet dadurch, daß

    – eine mit der Bremse (2) verbundene zusätzliche dem Prüfungsfall entsprechende Schwungmasse (1) auf eine vorgegebene Drehzahl (n) beschleunigt mit einem vorgegebenen Bremsmoment (MBr) abgebremst wird,

    wobei die Bremszeit (t) oder der Bremsweg gemessen und mit einem vorgegebenen Weg oder einer vorgegebenen Zeit (t) verglichen werden.
  2. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

    – eine Schwungmasse (1) mit einem Motor (5) verbunden ist und an der Bremsscheibe (2) oder an einem Hebezeug Sensoren zum Ermitteln der Bremszeit (t) oder des Bremsweges angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmasse (1) an der Motorwelle oder an deren Kupplung (8) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Bremsscheibe (2) eine Außenverzahnung (4) angeordnet ist, an der ein Zahnrad (7) angreift, welches mit der Schwungmasse (1) verbunden ist.
  5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schwungmasse (1) und dem Motor (5) ein Getriebe (6) angeordnet ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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