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Die
vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Sicherheitsprüfung von
Aufzugsanlagen. Sie betrifft Verfahren zur Prüfung und gegebenenfalls Bestimmung
der maximalen Treibfähigkeit
bei Aufzugsanlagen mit Treibscheibenantrieb, mit Fahrkorb, Gegengewicht
und mindestens einem über
die Treibscheibe geführtem
Tragseil als Tragmittel.
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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 Seilrillen 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), Seilkraftverhältnis und
Reibungskoeffizient der Treibscheibe stehen über die Euler-Eytelweinsche
Gleichung miteinander in Beziehung. Der Reibungseffizient wird durch
die Reibzahl zwischen Seil und Seilrille sowie der Seilrillenform
bestimmt. Da in den gattungsgemäßen Aufzugsanlagen
die Bewegung von Fahrkorb und Gegengewicht einzig über die
Treibscheibe vermittelt 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 Seil kraftverhältnis, im
Wesentlichen bauartbedingt durch die konkrete Ausführung der
Aufzugsanlage, unveränderliche
Größen sind,
kann der Reibungskoeffizient an der Treibscheibe, 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.
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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.
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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 statisch entlastet. Die Gewichtskraft der
einseitigen Entlastung bei der das Tragseil auf der festgelegten
Treibscheibe in Gleitreibung durchrutscht wird mit einer Messwaage
erfasst und daraus die Treibfähigkeit
ermittelt.
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Nachteilig
bei diesem Verfahren ist, dass aufwendige Vorrichtungen zur einseitigen
statischen 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.
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 einfacher durchzuführenden
Verfahren zur Bestimmung der Treibfähigkeit.
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Ausgehend
vom Stand der Technik steht das der vorliegenden Erfindung zugrunde
liegende technische Problem im Wesentlichen darin, ein verbessertes
Verfahren zur Prüfung
und gegebenenfalls Bestimmung der Treibfähigkeit einer Treibscheibe
bei Aufzugsanlagen mit Treibscheibenantrieb, wobei die Aufzugsanlage zumindest
Fahrkorb, Gegengewicht und mindestens ein über die Treibscheibe geführtes Tragseil
aufweist, bereitzustellen.
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Das
technische Problem wird gelöst
durch ein Verfahren zur Bestimmung oder Prüfung der Treibfähigkeit,
gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, wonach in Aufwärtsfahrt
des Fahrkorbs die Treibscheibe verzögert wird, so dass ein dynamischer
Zustand erreicht wird, bei dem im Extremfall, bei Überschreiten
der Treibfähigkeit
der Treibscheibe, das wenigstens eine Tragseil letztlich über die
Treibscheibe rutscht, wobei die bei der Verzögerung an Gegengewicht, Fahrkorb
und/oder Tragseil auftretende Bremsbeschleunigung ẍ, vorzugsweise über wenigstens
einen mit Gegengewicht, Fahrkorb und/oder Tragseil ortsfest verbundenen
Beschleunigungssensor oder entsprechenden Sensoren wie Geschwindigkeits-
oder Wegstreckenaufnehmer, erfasst wird und aus ẍ [m s
–2],
der Masse des Gegengewichts G [kg], der Masse des Fahrkorbs P [kg]
und der Normalfallbeschleunigung g
n [m s
–2]
gemäß folgender
Formel die Treibfähigkeit
T bestimmt wird:
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Das „Rutschen
des Tragseils über
die Treibscheibe" oder „Seilrutschen" ist vorzugsweise
dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der Haftreibung in einen
Zustand der Gleitreibung übergeht
und es zu einer Relativbewegung zwischen Tragseil und Tragscheibe
kommt. Dies tritt auf, wenn das so genannte kritische Seilkraftverhältnis, das
die Treibfähigkeit
kennzeichnet (T = S2/S1), überschritten
wird. Unter Seilrutschen wird vorzugsweise auch der bei Durchführen des
Verfahrens auftretende „Seilschlupf" verstanden.
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Das
statische Seilkraftverhältnis
wird bestimmt durch die bauartbedingte Seilkraft auf der Fahrkorbseite
S1, die sich aus der Gewichtskraft des Seils
auf der Fahrkorbseite und der Gewichtskraft des Fahrkorbes ergibt,
und die bauartbedingten Seilkraft auf der Gegengewichtsseite S2, die sich aus der Gewichtskraft des Seils
auf der Gegengewichtsseite und der Gewichtskraft des Gegengewichts
ergibt. Vorliegend wird für
die nähere
Beschreibung der Erfindung von einer 1:1-Aufhängung ausgegangen. Bei abweichenden
Aufhängungsverhältnissen
geltend die entsprechend angepassten Gesetzmäßigkeiten. Zweckmäßigerweise
sind alle bauartbedingten Parameter in einer „Beschreibung der Aufzugsanlage" (vergleiche TRA
102, Abschnitt 2.1.1.6) hinterlegt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Verzögerung des
Systems aus Treibscheibe, Tragseil, Fahrkorb und Gegengewicht kommt
es erfindungsgemäß zu einer
dynamischen Verschiebung des Seilkraftverhältnisses aufgrund der Massenträgheit des
verzögerten
Massensystems. Wenn unter den gewählten Bedingungen dadurch das
kritische Seilkraftverhältnis überschritten
wird, rutscht das Tragseil auf der Treibscheibe durch. Wird unter den
gewählten
Prüfbedingungen
kein Seilrutschen erzeugt, wird dabei die momentan wirkende Treibfähigkeit ermittelt.
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Im
Einzelnen wird die Seilkraft auf der Fahrkorbseite S1 in
Abhängigkeit
von der auf die sich auf der Fahrkorbseite befindlichen Massen (im
Wesentlichen Fahrkorb und Tragseil) wirkenden Bremsbeschleunigung dynamisch
vermindert. Gleichzeitig wird die Seilkraft auf der Gegengewichtsseite
S2 in Abhängigkeit von der auf die sich
auf der Gegengewichtsseite befindlichen Massen (im Wesentlichen
Gegengewicht und Tragseil) wirkenden Bremsbeschleunigung dynamisch
vergrößert. Die
auf dieses Massensystem wirkende Bremsbeschleunigung wird über die
erfindungsgemäß verzögerte Treibscheibe
vermittelt. Sie ist maximal, wenn das Tragseil gerade noch auf der
abgebremsten Treibscheibe in Haftreibung anhaftet, und vermindert
sich, sobald sich das Seilkraftverhältnis aufgrund der dynamischen
Seilkraftverschiebung soweit vergrößert hat, dass das Tragseil
auf der Treibscheibe in Gleitreibung durchrutscht. Erfindungsgemäß wird der
maximal am Massensystem erreichte Bremsbeschleunigungswert bei Überschreitung
der Treibfähigkeit
ermittelt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Überprüfung der
Treibfähigkeit
einer gattungsgemäßen Aufzugsanlage
innerhalb des normalen Betriebsfahrweges und unter normalen Betriebsbedingungen.
Die ausreichende Treibfähigkeit
ist nachgewiesen, wenn unter den erfindungs gemäß gewählten Verfahrensbedingungen,
abgesehen von tolerablen Seilschlupf, noch kein Durchrutschen des
Tragseils auf der Treibscheibe detektiert werden kann. Für den Nachweis
der ausreichenden Treibfähigkeit
erübrigt
sich die Ermittlung des konkreten Treibfähigkeitswerts, wenn, unter
Berücksichtigung
eines Sicherheitsfaktors t, zu keinem Zeitpunkt des erfindungsgemäß erzeugten
dynamischen Betriebszustands die Haftreibung des mindestens einen
Tragseils auf der Treibscheibe in Gleitreibung übergeht. Eine bevorzugte Ausführung der
Erfindung ist ein Verfahren zur Überprüfung der
Treibfähigkeit
einer Treibscheibe bei Treibscheiben-getriebenen Aufzugsanlagen
mit Fahrkorb, Gegengewicht und mindestens einem über die Treibscheibe geführtem Tragseil,
wobei die Treibscheibe in Aufwärtsfahrt
des Fahrkorbs verzögert
wird und die an Gegengewicht, Fahrkorb und/oder Tragseil auftretende
Bremsbeschleunigung ẍ erfasst wird, wobei, für die Prüfung hinreichend
genau, folgende Prüfbedingung erfüllt werden
muss:
wobei t = Sicherheitsfaktor
für die
Nutzlast des Aufzuges und Q = Nutzlast des Aufzuges ist; dies ist
somit ein Maß für die Treibfähigkeit.
Bevorzugt werden die Seilgewichtskräfte und Zusatzgewichtskräfte vernachlässigt.
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In
einer Variante des Prüfverfahrens
werden die Seilgewichtskräfte
S
g und die herrschenden Zusatzkräfte Z
g nicht verlässigt. Die zu erfüllende Prüfbedingung
wird dann ermittelt aus:
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Dies
gilt vor allem unter der Bedingung, dass sich der Fahrkorb zum Zeitpunkt
der ausgelösten
Bremsung im oberen Drittel des Schachtes befindet. Bei anderen Betriebszuständen sind
die wirkenden Kräfte
entsprechend anzusetzen.
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Die
Prüfung
erfolgt vorzugsweise in einem dynamischen Betriebszustand, worin
die Seilkraftverhältnisse
an der Treibscheibe möglichst
kritisch sind. Wie vorstehend ausgeführt, ist dies vor allem dann
der Fall, wenn sich der Fahrkorb zum Zeitpunkt des Verzögerns der
Treibscheibe in Aufwärtsfahrt
besonders im Bereich des obersten Stockwerks befindet und die Verzögerung der
Bremsscheibe bevorzugt mit maximal möglicher Bremsverzögerung,
das heißt
vorzugsweise durch die Nothaltbremse, erfolgt.
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Die
Erfindung erlaubt in vorteilhafter Weise die einfache Bestimmung
oder Prüfung
der ausreichenden Treibfähigkeit,
ohne dass die Aufzugsanlage, beispielsweise durch übermäßiges Belasten
des Fahrkorbs oder durch zusätzliche
Maßnahmen
zum einseitiges Entlasten des Tragseils, verändert werden muss.
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Bevorzugt
wird die Verzögerung
des Systems erreicht, indem die Treibscheibe unmittelbar verzögert, das
heißt
abgebremst wird. Vorzugsweise wird die Verzögerung durch das bauartbedingt
jeweils maximal mögliche
auf die Treibscheibe wirkende Bremsmoment vermittelt. Zweckmäßigerweise
erfolgt dies durch Auslösen der
sogenannten Nothaltfunktion. Die Nothaltbremse wirkt in der Regel
unmittelbar auf die Treibscheibenwelle; alternativ kann zwischen
Treibscheibenwelle und Bremse ein Getriebe angeordnet sein.
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Bevorzugt
wird die Treibscheibe aus einem Betriebszustand heraus verzögert, worin
der Fahrkorb sich in Aufwärtsfahrt
befindet, vorzugs weise in der betriebsmäßigen Aufwärtsfahrt zwischen den Stockwerken,
der sogenannten Schnellfahrt. Um zuverlässig ein Durchrutschen des
Tragseils auf der verzögerten
Treibscheibe zu erreichen, sollte zum Zeitpunkt der einsetzenden
Verzögerung
das statische Seilkraftverhältnis
bereits möglichst
große
Werte annehmen, das heißt
möglichst
nahe an das jeweilige kritische Seilkraftverhältnis angenähert sein. Dies wird zweckmäßigerweise
dadurch erreicht, dass sich der Fahrkorb bei Aufwärtsfahrt
im Aufzugsschacht bereits im oberen Drittel des Schachts, vorzugsweise
im Bereich des obersten Stockwerks befindet. Weiter bevorzugt sollte
der Fahrkorb unbelastet, das heißt leer sein. Dadurch wird
bevorzugt erreicht, dass sich die statische Seilkraft auf der Fahrkorbseite
S1 im Wesentlichen aus der Gewichtskraft
des leeren Fahrkorbs und der Gewichtskraft des restlichen sich zwischen
Fahrkorb und Treibscheibeneinlauf befindlichen Tragseils zusammensetzt
und möglichst
kleine Werte annimmt. Die Seilkraft auf der Gegengewichtsseite S2, die sich im Wesentlichen aus der die Gewichtskraft
des Gegengewichts und der Gewichtskraft des längeren Tragseils zwischen Treibscheibenauslauf
und Gegengewicht zusammensetzt, soll möglichst große Werte annehmen. Der Fachmann
erkennt, dass es sich vorstehend um eine vereinfachte Darstellung
der in der Aufzugsanlage tatsächlich
herrschenden Seilkraftverhältnisse
handelt. Er wird zusätzlich
beispielsweise fahrkorbseitige Versorgungskabel berücksichtigen,
deren Einfluss auf die fahrkorbseitige Seilkraft je nach Position des
Fahrkorbs im Schacht variiert. Je nach baulicher Ausführung der
Aufzugsanlage ergibt sich so, dass das größte erreichbare statische Seilkraftverhältnis gegebenenfalls
in einer von der Position im oberen Stockwerk abweichenden Position
des Fahrkorbs erreicht wird. Die Erfindung umfasst auch diese Varianten.
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Vorzugsweise
wird die an dem Tragseil, Gegengewicht und Fahrkorb umfassenden
System auftretende Bremsbeschleunigung durch mindestens einen vorzugsweise
ortsfest mit dem Fahrkorb, Tragseil und/oder Gegengewicht verbundenen
Sensor, insbesondere Beschleunigungssensor erfasst. Vorzugsweise
wird der gemessene Beschleunigungswert an eine entsprechende Auswerteeinheit übermittelt.
Mehrere erfasste Werte werden bevorzugt über die Zeit aufgezeichnet.
Zweckmäßigerweise
beginnt die Aufzeichnung der Beschleunigungswerte zeitlich vor dem
Auslösen
des Verzögerungsvorgangs.
Zur Bestimmung der maximalen Treibfähigkeit wird aus der erfassten
Beschleunigungskurve die im Extremfall zum Zeitpunkt des Seilrutschens
auftretende Bremsbeschleunigung ermittelt. Zur Prüfung auf
ausreichende Treibfähigkeit
braucht unter den gewählten
Betriebsbedingungen kein Seilrutschen auftreten; es wird die maximale
Bremsbeschleunigung bis zum Stillstand der Anlage ermittelt. Die
Ermittlung erfolgt vorzugsweise automatisch mittels entsprechender
in der Auswerteeinheit hinterlegter Algorithmen. Zusätzlich oder
alternativ kann die Ermittlung des Beschleunigungswertes aus dem
Graphen der Beschleunigungskurve abgelesen oder graphisch extrapoliert
werden. Weiter ist vorgesehen, die Beschleunigung an Fahrkorb, Gegengewicht
und/oder Tragseilen durch Messung von Weg beziehungsweise Geschwindigkeit
an Fahrkorb, Gegengewicht und/oder Tragseilen in Abhängigkeit der
Zeit zu ermitteln. Dazu werden Wegstreckenaufnehmer und/oder Geschwindigkeitsaufnehmer
in an sich bekannter Weise verwendet.
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In
einer bevorzugten zweckmäßigen Ausführungsform
wird die prüfende
Person also eine Schnellfahrt des leeren Fahrkorbs in Aufwärtsfahrt
einleiten und die Nothaltfunktion manuell auslösen, sobald der Fahrkorb eine
obere Position im Schacht erreicht hat. In einer alternativen Variante
wird die Nothaltfunktion bei Aufwärtsfahrt automatisch durch eine
entsprechende Vorrichtung an einer zuvor festgelegten Fahrkorbposition
ausgelöst.
Vorzugsweise wird die Nothaltfunktion ausgelöst, sobald der Fahrkorb einen
Stockwerkkontakt eines der oberen Stockwerke im oberen Drittel des
Schachts, bevorzugt im Bereich des obersten Stockwerks, vorzugsweise
in Schnellfahrt passiert. Vorzugsweise ist vorgesehen, diese Funktion
in die bestehende Aufzugssteuerung zu implementieren, sodass das
erfindungsgemäße Verfahren
ohne zusätzliche
Eingriffe in die Betriebssteuerung durchgeführt werden kann.
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Weiter
ist vorgesehen, das erfindungsgemäße Verfahren vollautomatisch
ablaufen zu lassen, wobei die Fahrkorbposition, bei der die Verzögerung der
Treibscheibe ausgelöst
wird, automatisch in Abhängigkeit von
den herrschenden Masseverhältnissen,
bevorzugt während
eines Testlaufs bestimmt wird. Dazu werden vorzugsweise zumindest
zwei entsprechende Messbremsungen an unterschiedlichen Fahrkorbpositionen durchgeführt und
Messungen der Bremsbeschleunigung vorgenommen. Aus den Bremsbeschleunigunswerten
werden die Masseverhältnisse
an Fahrkorb- und Gegengewichtsseite ermittelt und daraus die geeignete Fahrkorbposition
für die
Auslösung
der Nothaltfunktion abgeleitet, bei der zuverlässig Seilrutschen ausgelöst werden
kann.
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In
einer bevorzugten Variante wird, falls bei den in der Aufzugsanlage
bauartbedingten Masseverhältnissen
ein an keiner Fahrkorbposition Seilrutschen ausgelöst werden
kann, zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Geschwindigkeit der Aufwärtsfahrt,
vorzugsweise, stufenweise, erhöht.
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Die
vorstehende Darstellung der Erfindung geht vereinfacht davon aus,
dass bei der Verzögerung
der Treibscheibe diese unmittelbar zum Stillstand kommt. In der
Praxis wird die Treibscheibe trotz stärkst möglichem Abbremsen, vorzugsweise
durch die Nothaltbremse, nur verzögert zum Stillstand kommen.
In einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird daher auch die Bremsbeschleunigung an der Treibscheibe ermittelt.
Dies geschieht bevorzugt über
mindestens einen bevorzugt ortsfest mit der Treibscheibe verbundenen
Beschleunigungssensor. Vorzugsweise werden die Beschleunigungswerte
an eine Auswerteeinheit übermittelt
und vorzugsweise über
die Zeit aufgezeichnet. Weiter ist vorgesehen, die Beschleunigung
an der Tragscheibe durch Wegstreckenaufnehmer beziehungsweise Geschwindigkeitsaufnehmer
zu ermitteln.
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In
einer Variante wird die Bremsverzögerung der Treibscheibe aus
den Strom-/Spannungswerten, die am mit der Treibscheibe drehfest
verbundenen Antriebsmotor anliegen, ermittelt.
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Aus
den an der Treibscheibe ermittelten Beschleunigungswerten und aus
den an Gegengewicht, Tragseil und/oder Fahrkorb, bevorzugt am Fahrkorb,
ermittelten Beschleunigungswerten kann der entsprechende Beschleunigungswert
für die
dynamische Verschiebung des Seilkraftverhältnisses zum Zeitpunkt des
Seilrutschens ermittelt werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch
entsprechende in der Auswerteeinheit hinterlegte Algorithmen. Alternativ
oder zusätzlich
wird der maßgebliche
Beschleunigungswert auch graphisch aus den Beschleunigungskurven
abgelesen oder graphisch extrapoliert.
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In
einer Variante wird die an der Treibscheibe auftretende Bremsverzögerung zuvor
oder anschließend in
einem vom eigentlichen Testlauf zeitlich getrennten Lauf ermittelt.
Zweckmäßigerweise
wird die bauartbedingte maximale Bremsverzögerung der Treibscheibe, insbesondere
beim Auslösen
der Nothaltfunktion, für die
jeweilige Aufzugsanlage einmal beziehungsweise in entsprechenden
Intervallen, bestimmt und die Parameter in der „Beschreibung der Aufzugsanlage" hinterlegt.
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Demgemäß betrifft
die vorliegende Erfindung bevorzugt auch ein Verfahren zur Bestimmung
der Treibfähigkeit,
wobei in einem Schritt die Treibscheibe in Aufwärtsfahrt des Fahrkorbs, vorzugsweise
durch Auslösen
der Nothaltfunktion, verzögert
wird, sodass das Seil über
die Treibscheibe rutscht, wobei die an Gegengewicht, Fahrkorb und/oder
Tragseil auftretende Bremsbeschleunigung und die an der Treibscheibe
auftretende Bremsbeschleunigung erfasst wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur weiter erläutert und
beschrieben, wobei die Figur nicht beschränkend zu verstehen ist.
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1 zeigt
die statischen und dynamischen Seilkraftverhältnisse zum Zeitpunkt der Verzögerung des Systems über die
Treibscheibe. Es bedeuten:
- G:
- Masse des Gegengewichts;
- P:
- Masse des leeren Fahrkorbs;
- gn:
- Normalbeschleunigung;
- ẍ:
- Beschleunigung bei
Abbremsen der Treibscheibe.
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Die
Seilkraft auf der Gegengewichtsseite ergibt sich vereinfacht aus:
G(gn + ẍ), Die Seilkraft auf der Fahrkorbseite
ergibt sich vereinfacht aus P(gn – ẍ).
