EP4624405A1 - Verfahren zur ermittlung eines seilzustands eines hebeseils eines hebesystems und hebesystem für eine grossindustrielle anlage - Google Patents

Verfahren zur ermittlung eines seilzustands eines hebeseils eines hebesystems und hebesystem für eine grossindustrielle anlage

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Publication number
EP4624405A1
EP4624405A1 EP24167436.5A EP24167436A EP4624405A1 EP 4624405 A1 EP4624405 A1 EP 4624405A1 EP 24167436 A EP24167436 A EP 24167436A EP 4624405 A1 EP4624405 A1 EP 4624405A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evaluation device
signal
sensor
rope
lifting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24167436.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marvin Zemni
Gerald Hohenbichler
Klaus STOHL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Austria GmbH filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
Priority to EP24167436.5A priority Critical patent/EP4624405A1/de
Priority to PCT/EP2025/055859 priority patent/WO2025201812A1/de
Publication of EP4624405A1 publication Critical patent/EP4624405A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B7/00—Other common features of elevators
    • B66B7/12—Checking, lubricating, or cleaning means for ropes, cables or guides
    • B66B7/1207—Checking means
    • B66B7/1215—Checking means specially adapted for ropes or cables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B7/00—Other common features of elevators
    • B66B7/12—Checking, lubricating, or cleaning means for ropes, cables or guides
    • B66B7/1207—Checking means
    • B66B7/1215—Checking means specially adapted for ropes or cables
    • B66B7/123—Checking means specially adapted for ropes or cables by analysing magnetic variables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C15/00—Safety gear

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a rope condition of a lifting rope of a lifting system according to patent claim 1 and a lifting system according to patent claim 15.
  • An arrangement for monitoring an elevator having an elevator rope is known.
  • the elevator rope is guided past an inductive sensor positioned so that a magnetic field generated by the inductive sensor, which extends at least partially across the elevator rope, is evaluated by a control device.
  • An improved method for determining the rope condition of a hoisting rope of a hoisting system can be provided by providing a sensor device, a control unit with an evaluation device, a data interface connected to the evaluation device for data transmission, a data memory connected to the evaluation device for data transmission, and a hoisting rope with a plurality of wires. At least one sample set of several sample signal curves is stored in the data memory. Each sample signal curve is assigned information about a wire break.
  • the data interface is connected to the sensor device for data transmission, wherein at least one section of the hoisting rope is moved past the sensor device.
  • the sensor device provides a second sensor signal, which characterizes an interaction between the sensor device and the hoisting rope moved past the sensor device, via the data interface of the evaluation device.
  • the evaluation device determines a second signal curve of the second sensor signal over the rope section. The evaluation device determines by assigning a the second signal waveform of the sample set matching a wire break in the section of rope moving past the sensor device.
  • the information about the wire break can be designed such that the information has an assignment to a wire break or a multiple wire break and/or an assignment to a cable defect class.
  • the sample signal curve can, for example, have information about at least one triangular curve and/or another characteristic value such as a density of zero crossings (a zero crossing is characterized by a change in the sign of the signal) and/or a number of zero crossings, a minimum and/or maximum peak value and/or a sequence of a change in sign of a signal curve section.
  • the sample signal curve can, for example, be stored in the data memory in tabular form and/or as a mathematical function, for example as a mathematical series and/or spline and/or polynomial.
  • the evaluation device can apply a pattern recognition, in particular a time warping algorithm, in particular a dynamic time warping algorithm and/or fast Fourier transformation and/or a wavelet transformation, in particular a direct wavelet transformation, in order to assign the pattern signal curve to the second signal curve and/or the second signal curve of the sensor signal to the first reference characteristic.
  • a pattern recognition in particular a time warping algorithm, in particular a dynamic time warping algorithm and/or fast Fourier transformation and/or a wavelet transformation, in particular a direct wavelet transformation, in order to assign the pattern signal curve to the second signal curve and/or the second signal curve of the sensor signal to the first reference characteristic.
  • At least one threshold characteristic with at least a plurality of different threshold values is stored in the data memory.
  • the evaluation device determines a deviation between the second signal curve and the first reference characteristic.
  • the evaluation device compares the deviation with the threshold characteristic. If at least one of the threshold values of the threshold characteristic is exceeded, the evaluation device verifies at least the information about the wire break. This allows the detection rate of the respective wire break to be further increased or the reliability of the detection to be further increased.
  • the lifting system lifts a load of at least 20 t up to and including 10,000 t, with the second cable section being moved past the sensor device when lifting or lowering the load. This eliminates the need for additional measurement runs that This would interrupt regular production operations. Furthermore, the second sensor signal is improved by stretching the lifting rope under load.
  • FIG 1 shows a schematic representation of a lifting system 10.
  • the lifting system 10 is designed, for example, as a crane, in particular, for example, as a gantry crane.
  • the lifting system 10 can, for example, be designed to be mounted in a large-scale industrial production facility, for example, in a building of a continuous casting machine or a cast-rolling composite plant, or another building used for steel or metal production, in order to lift heavy objects, in particular, for example, ladles and/or steel slabs and/or steel coils, using a lifting rope 20 of the lifting system 10.
  • the lifting system 10, in particular the lifting rope 20 is subject to high loads and is subject to corresponding wear and aging.
  • the lifting rope 20 may only be used as long as it is not worn out and ready for disposal.
  • the control unit 15 has a data memory 35, an evaluation device 40, and a data interface 45.
  • the data interface 45 is connected to the evaluation device 40 via a first data connection 50.
  • the evaluation device 40 is connected to the data memory 35 via a second data connection 55.
  • the data interface 45 is connected to the sensor device 25 via a third data connection 60.
  • FIGS 2A and 2B show the sensor device 25 from different perspective views on the lifting rope 20.
  • FIG 3 shows a flowchart of a method for operating the FIG 1 and 2A, 2B shown lifting system 10.
  • FIG 4 shows a schematic first diagram of a first reference characteristic 100.
  • FIG 5 shows a schematic second diagram of a second signal curve 120 of a second sensor signal over a second cable position p2(I).
  • FIGS 6A to 6F each show an example sample signal curve of the sample set.
  • FIG 7 shows a third schematic diagram of the first reference characteristic 100 with the associated second signal curve 120.
  • FIG 8 shows an evaluation of wire breaks B plotted against the first rope position p1(I).
  • a minimum speed, a predefined maximum threshold value M related to a reference length and the sample set of sample signal curves are stored in the data memory 35 (cf. FIGS 6A to 6F ).
  • Each sample signal waveform of the sample set is assigned a type of wire break or a multiple wire break or a cable defect class (label).
  • FIGS 6A to 6F Example sample signal waveforms are given.
  • Each sample signal waveform has a different characteristic and represents a different wire break B and/or multiple wire break formed from several wire breaks B essentially at the same first cable position p1(I) and/or a different cable defect class. The characteristic is primarily characterized by the shape of the sample signal waveform and/or its features.
  • FIG 6A The first sample waveform shown shows a double wire break that is close to another single wire break.
  • FIG 6B shows a 12-fold wire break, which correlates with the lifting rope 20 being ready for discard.
  • FIG 6C For example, shows a single wire break with a nearby quadruple wire break.
  • FIG 6D shows, for example, a 6-fold wire break.
  • FIG 6E shows, for example, a single wire break.
  • FIG 6F shows a 4-way wire break (with negative amplitude).
  • the lifting rope 20 is mounted in the lifting system 10 essentially in a new or barely worn condition, and the sensor device 25 is permanently mounted on the lifting rope 20, so that during each lifting or lowering operation or during each movement of the lifting rope 20 by the lifting device 30, the lifting rope 20 is guided past the sensor device 25.
  • a second method step 310 for example, the lifting rope 20 is completely unwound or completely wound up once.
  • a crane hook of the lifting system 10 can be completely raised and moved to the lowest point within the usage range of the lifting system 10.
  • a starting point 95 of the lifting rope 20 is thereby defined.
  • the starting point 95 serves as a reference point on the lifting rope 20.
  • the first rope position p1(I) can be referenced and related to the starting point 95.
  • a third method step 315 the lifting cable 20 is guided past the sensor device 25 at the minimum speed in a first direction of travel.
  • the minimum speed can be at least 0.1 m/s, in particular at least 0.2 m/s.
  • the speed at which the lifting cable is moved should not exceed 50 m/s.
  • the sensor device 25 is activated in the third method step 315.
  • the magnetic field generator provides the magnetic field.
  • the magnetic field of the magnetic field generator acts on the lifting cable 20 and the individual wires of the lifting cable 20.
  • the ferromagnetic and/or austenitic material of the lifting cable 20 changes the magnetic field flux.
  • the magnetic field sensor is arranged at a distance from the magnetic field generator and provides a first sensor signal depending on the detected magnetic field.
  • the first sensor signal is transmitted via the third data connection 60 to the data interface 45 and from the data interface 45 via the first data connection 50 to the evaluation device 40.
  • the evaluation device 40 detects the first sensor signal.
  • the control unit 15 can filter and/or smooth the first speedometer signal before further processing, with averaging being used, in particular, for smoothing.
  • the control unit 15 can have an additional second filter for filtering.
  • the lifting rope 20 is wound up or unwound over an available rope length starting from the starting point up to a maximum movable end 105 and guided past the sensor device 25.
  • a fourth method step 320 following the third method step 315 the evaluation device 40 determines a first cable position p1(I) relative to the starting point 95, which is assigned to the first sensor signal, on the basis of the distance a between the second sensor unit 75 and the first sensor unit 70 and the speed information of the first tachometer signal via the hoist cable 20.
  • a first sensor signal is determined at a distance of a certain length from the starting point 95 at the respectively assigned first cable position p1(I).
  • the evaluation device 40 determines a first signal profile of the first sensor signal for the respectively assigned first cable position p1(I) between the start position 95 and the end 105.
  • the evaluation device 40 stores the first signal profile in the data memory 35 as a first reference characteristic 100. It is further assumed that the new lifting cable 20 is essentially free of wire breaks B, or has only very few - e.g., fewer than 10 - wire breaks over the entire detectable cable length.
  • the evaluation device 40 preferably stores a first time information associated with the first reference characteristic 100, which essentially corresponds to the detection time of the first sensor signal.
  • the first reference characteristic 100 forms a first fingerprint of the lifting rope 20, which is individual for the respective lifting rope 20.
  • the first sensor signal correlates with a stray flux D of a magnetic flux in the hoisting rope 20.
  • the stray flux D of the first sensor signal corresponds to an interruption/weakening of the magnetic flux, for example, due to one or more wire breaks B at the assigned first rope position p1(I).
  • the first reference characteristic 100 (cf. FIG 4 ), for example, exhibits a jagged first profile of the first sensor signal across the first cable position p1(I). The greater the amplitude of the first sensor signal at an associated first cable position p1(I), the more strongly/severely the leakage flux D changes at the respective associated first cable position p1(I). Therefore, if the first sensor signal has a high amplitude, the hoisting cable 20 exhibits one or more wire breaks B at the respective associated first cable position p1(I).
  • the evaluation device 40 can determine the threshold characteristic with at least the first threshold based on the first reference characteristic 100.
  • the evaluation device 40 determines an envelope around the first reference characteristic 100 based on the first reference characteristic 100. Based on the envelope, the evaluation device 40 determines the threshold characteristic.
  • At least the first threshold and preferably the additional threshold values further away from the first threshold can, for example, each have a predefined minimum distance from the envelope of the first reference characteristic 100.
  • a cable section 110 of the lifting cable 20 is guided past the sensor device 25 at the minimum speed.
  • the cable section 110 can be located between the starting point 95 and the end 105 of the lifting cable 20.
  • the cable section 110 can be shorter than the maximum length of the lifting cable 20 between the starting point 95 and the end 105 of the lifting cable 20.
  • the cable section 110 can also extend completely between the starting point 95 and the end 105 of the lifting cable 20, so that a maximum available length of the lifting cable 20 is guided past the sensor device 25.
  • the first sensor unit 70 provides a second sensor signal based on the interaction between the first sensor unit 70 and the cable section 110 of the hoisting cable 20 being guided past, which second sensor signal characterizes an interaction between the sensor device 25 and the hoisting cable 20 moving past the sensor device 25.
  • the first sensor unit 70 provides the second sensor signal to the evaluation device 40 via the data interface 45.
  • the minimum speed is an important prerequisite for the second sensor signal to have plausible and usable values for the leakage flux D over the entire signal curve and thus to be further processed by the evaluation device 40.
  • the speedometer wheel 80 rolls on the hoisting cable 20 at a distance a offset from the first sensor unit 70, and the speed sensor 90 provides, for example, information about the speed of the hoisting cable 20 as part of a second speedometer signal via the third data connection 60 to the data interface 45 and via the second data connection 55 to the evaluation device 40.
  • the evaluation device 40 detects the second speedometer signal.
  • the evaluation device 40 determines the second cable position p2(I) within the cable section 110 for the respectively detected second sensor signal on the basis of the distance a and the speed information of the second speedometer signal.
  • the evaluation device 40 compares the speed information of the second speedometer signal with the minimum speed stored in the data memory 35. If the minimum speed is undershot, the further method steps are discontinued, since the leakage flux D detected at the second signal position p2(I) is deemed unusable for further evaluation. If the minimum speed is exceeded, the evaluation device 40 proceeds to a ninth method step 345.
  • the evaluation device 40 determines a second signal curve 120 of the second sensor signal over the cable section 110 (cf. FIG 5 ).
  • the second signal curve 120 is assigned to the respectively determined second cable position p2(I) within the cable section 110.
  • the second cable position p2(I) extends, for example, between a starting point of the detection of the leakage flux D with the minimum speed to an end point of the detection of the leakage flux D with the minimum speed.
  • the starting point can be different from the starting point 95 and/or the end point can be different from the end 105.
  • the evaluation device 40 can check a second running direction based on the second tachometer signal with which the cable section 110 is guided past the sensor device 25 in the sixth method step 330. If the second running direction corresponds to the first running direction of the first reference characteristic 100, the evaluation device 40 continues with the determined second signal curve 120.
  • the evaluation device 40 inverts the second signal curve 120 by inverting the determined second cable position p2(I) with reference to the starting point and the end point, for example by mirroring at a reversal point located between the starting point and the end point, for example, centrally, and accordingly updates the second signal curve 120 of the sensor signals via the respectively assigned second cable position p2(I) within the cable section 110.
  • the evaluation device 40 compares the second signal curve 120 of the second sensor signals over the cable section 110 with the first reference characteristic 100 and assigns the second signal curve 120 to a reference section 115 of the first reference characteristic 100, for example by means of pattern recognition and/or Fast Fourier Transformation and/or a Wavelet Transformation, in particular a Direct Wavelet Transformation (cf. FIG 7 ).
  • the evaluation device 40 can determine a matrix profile for each of the first reference characteristic 100 and the second signal waveform 120.
  • the matrix profile can be a vector that represents a normalized Euclidean distance between a subsequence of the first reference characteristic 100 and the second signal waveform 120.
  • the first reference characteristic 100 can represent a time- and location-related series (x1), with the second signal waveform 120 representing a nearest neighbor of a series (x2).
  • the evaluation device 40 can, for example, break down both the first reference characteristic 100 and the second signal waveform 120 into subsequences and select them as characteristic patterns for the time- or location-related series.
  • the evaluation device 40 selects intervals for the first reference characteristic 100 and/or the second signal curve in which the first reference characteristic 100 has deflections in its amplitude and/or signal shape sections in its curve which indicate one or more wire breaks B.
  • the evaluation device 40 can efficiently determine a distance within a selected subsequence of the first reference characteristic 100 to each subsequence of the second signal curve 120 and determine the smallest distance within the matrix.
  • the evaluation device 40 can, for example, determine recurring patterns or motifs between the first reference characteristic 100 and the second signal profile 120. Using the recurring patterns or motifs, the evaluation device 40 can, for example, assign the second signal profile 120 to a reference section 115 of the first reference characteristic 100.
  • the evaluation device 40 assign the second signal profile 120 to a reference section 115 of the first reference characteristic 100, preferably by means of a Fast Fourier Transformation (FFT for short) and/or preferably a time-warping algorithm, in particular a dynamic time-warping algorithm.
  • the time-warping algorithm in particular the dynamic time-warping algorithm, has the advantage that an elongation of the lifting cable 20 over time and/or an elasticity of the lifting cable 20 and/or a slip of the speedometer wheel 80 on the lifting cable 20 can be compensated and/or taken into account.
  • the Fast Fourier Transformation has the advantage of providing a very precise amplitude characteristic, which can promote local assignments between the first reference characteristic 100 and the second signal curve 120 even without the presence of wire breaks.
  • the dynamic time warping algorithm and/or the Fast Fourier Transformation thus provides an improved match between the second signal curve 120 and the first reference characteristic 100 within the framework of pattern recognition.
  • the evaluation device 40 can reliably assign the second cable position p2(I) of the second sensor signal to the respective first cable position p1(I) of the first reference characteristic 100 on the basis of the first reference characteristic 100.
  • the evaluation device 40 further determines at least one matching region 116 of the second signal curve 120 within the reference section 115 of the first reference characteristic 100, in which the second signal curve 120 substantially matches the first reference characteristic 100 (cf. FIG 4 ).
  • the evaluation device 40 further determines, for example, a deviation range 117 in which the second signal curve 120 deviates from the reference section 115 of the first reference characteristic 100 (cf. FIG 4 ).
  • the deviation range 117 in FIG lies, for example, between two agreement ranges 116.
  • the hoisting rope 20 has been used only to a limited extent since the first reference characteristic 100 was determined, it may be the case that there is essentially an identity between the second signal curve 120 and the reference section 115 and the evaluation device 40 does not determine a deviation range 117.
  • the evaluation device 40 breaks down the deviation range 117 and/or the deviation ranges 117, in which the second signal curve 120 deviates from the first reference characteristic 100, into a respective individual evaluation range 118, 119 (cf. FIG 5 ).
  • the analysis can be performed, for example, based on a profile, for example in the area of a peak, for example, before and after a peak.
  • the evaluation device 40 can determine the first cable position p1(I) of the respective evaluation area 118, 119 in a defined manner.
  • the evaluation device 40 compares the at least one evaluation range 118, 119 with the sample set of sample signal waveforms.
  • each of the evaluation ranges 118, 119 of the second signal waveform 120 is preferably compared with a plurality of sample signal waveforms of the sample set (cf. FIGS 6A to 6F ), for example in its form, compared and/or evaluated.
  • the evaluation device 40 can, for example, apply a pattern comparison method. Furthermore, the evaluation device 40 selects, for example, the sample signal waveform from the sample set that exhibits the greatest correspondence with the respective evaluation range 118, 119 of the second signal waveform 120. As already explained, the information about a wire break B and, if applicable, a wire break number B and/or the cable defect class is stored in the data memory 35 for each sample signal waveform.
  • the evaluation device 40 can identify the corresponding assigned wire break B based on the correspondence of the evaluation area 118, 119 with one of the sample signal curves and, via the assignment of the second signal curve 120 to the first reference characteristic 100, determine the first cable position p1(I) assigned to the wire break B or the multiple wire breaks B based on the first reference characteristic 100 and store the respective first cable position p1(I) for the determined wire break B in the data memory 35.
  • the evaluation device 40 can determine a deviation b between the second signal curve 120 and the first reference characteristic 100 at the first cable position p1(I).
  • the evaluation device 40 can determine a number of wire breaks B per reference length, preferably across the entire updated second reference characteristic 125, based on a predefined reference length stored in the data memory 35.
  • the reference length can, for example, correspond to six times the outer diameter or, for example, thirty times the outer diameter of the lifting rope 20.
  • the evaluation device 40 for example, sums up the wire breaks B determined within the predefined reference length.
  • a fourteenth method step 370 which follows the thirteenth method step 365, the evaluation device 40 compares the determined number of wire breaks B per reference length with a predefined maximum threshold value M, which is stored in the data memory 35.
  • the predefined maximum threshold value M corresponds to the value at which the lifting rope 20 is ready for discarding in order to be subjected to the loads permitted for the lifting rope 20.
  • the maximum threshold value M is in FIG 8 represented by a dashed line.
  • the evaluation device 40 provides information about the discard readiness of the lifting rope 20 at the data interface 45 if the predefined maximum threshold value M is exceeded by the determined number of wire breaks B per reference length.
  • the evaluation device 40 can determine a maximum MAX of the determined number of wire breaks B within the reference length.
  • the maximum MAX can be smaller than the maximum threshold value M.
  • the evaluation device 40 additionally determines a minimum distance c, for example by calculating the difference, between the maximum MAX of the determined number of wire breaks B per reference length and the predefined maximum threshold value M.
  • the evaluation device 40 Based on the minimum distance c, the evaluation device 40 provides warning information or, based on the time interval between the determination of the second signal curve 120 and the first reference characteristic 100, a prediction about an impending discard readiness of the lifting rope 20 at the data interface 45.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Seilzustands eines Hebeseils eines Hebesystems (10) und ein Hebesystem (10), wobei eine Sensoreinrichtung (25), ein Steuergerät (15) mit einer Auswerteeinrichtung (40), eine mit der Auswerteeinrichtung (40) datentechnisch verbundene Datenschnittstelle (45) und ein mit der Auswerteeinrichtung (40) datentechnisch verbundener Datenspeicher (35) und ein Hebeseil (20) mit einer Vielzahl von Drähten bereitgestellt werden, wobei in dem Datenspeicher (35) wenigstens ein Mustersatz von mehreren Mustersignalverläufen abgespeichert ist, wobei jedem Mustersignalverlauf eine Information über einen Drahtbruch (B) zugeordnet ist, wobei zumindest eine Seilstrecke (110) des Hebeseils (20) an der Sensoreinrichtung (25) vorbeibewegt wird, wobei die Sensoreinrichtung (25) ein zweites Sensorsignal, das eine Wechselwirkung zwischen der Sensoreinrichtung (25) und dem an der Sensoreinrichtung (25) vorbeibewegten Hebeseil (20) charakterisiert, der Auswerteeinrichtung (40) bereitstellt, wobei die Auswerteeinrichtung (40) einen zweiten Signalverlauf (120) über die Seilstrecke (110) ermittelt, wobei die Auswerteeinrichtung (40) durch Zuordnung eines zu dem zweiten Signalverlauf (120) passenden Mustersignalverlaufs des Mustersatzes einen Drahtbruch (B) in der Seilstrecke (110) ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Seilzustands eines Hebeseils eines Hebesystems gemäß Patentanspruch 1 und ein Hebesystem gemäß Patentanspruch 15.
  • Aus der EP 4 065 498 A1 ist eine Anordnung zum Überwachen eines Aufzugs, der ein Aufzugseil aufweist, bekannt. Dabei wird das Aufzugseil an einem induktiven Sensor vorbeigeführt, der so positioniert ist, dass ein von dem induktiven Sensor erzeugtes Magnetfeld, das sich zumindest teilweise über das Aufzugseil erstreckt, durch eine Steuervorrichtung ausgewertet wird.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung eines Seilzustands eines Hebeseils eines Hebesystems und ein verbessertes Hebesystem bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 und eines Hebesystems gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung eines Seilzustands eines Hebeseils eines Hebesystems kann dadurch bereitgestellt werden, dass eine Sensoreinrichtung, ein Steuergerät mit einer Auswerteeinrichtung, eine mit der Auswerteeinrichtung datentechnisch verbundene Datenschnittstelle und ein mit der Auswerteeinrichtung datentechnisch verbundener Datenspeicher und ein Hebeseil mit einer Vielzahl von Drähten bereitgestellt werden. In dem Datenspeicher ist wenigstens ein Mustersatz von mehreren Mustersignalverläufen abgespeichert. Jedem Mustersignalverlauf ist eine Information über einen Drahtbruch zugeordnet. Die Datenschnittstelle ist mit der Sensoreinrichtung datentechnisch verbunden, wobei zumindest eine Seilstrecke des Hebeseils an der Sensoreinrichtung vorbeibewegt wird. Die Sensoreinrichtung stellt ein zweites Sensorsignal, das eine Wechselwirkung zwischen der Sensoreinrichtung und dem an der Sensoreinrichtung vorbeibewegten Hebeseil charakterisiert, über die Datenschnittstelle der Auswerteeinrichtung bereit. Die Auswerteeinrichtung ermittelt einen zweiten Signalverlauf des zweiten Sensorsignals über die Seilstrecke. Die Auswerteeinrichtung ermittelt durch Zuordnung eines zu dem zweiten Signalverlauf passenden Mustersignalverlaufs des Mustersatzes einen Drahtbruch in der an der Sensoreinrichtung vorbeibewegten Seilstrecke.
  • Die Information über den Drahtbruch kann dahingehend ausgebildet sein, dass die Information eine Zuordnung zu einem Drahtbruch oder einem Mehrfachdrahtbruch und/oder eine Zuordnung zu einer Seildefekt-Klasseaufweist. Ferner kann beispielsweise der Mustersignalverlauf beispielsweise eine Information über wenigstens einen Dreiecksverlauf und/oder einen anderen Kennwert wie beispielsweise eine Dichte von Nulldurchgängen (ein Nulldurchgang ist dadurch charakterisiert, dass sich beim Signal das Vorzeichen ändert )und/oder eine Anzahl von Nulldurchgängen, einen minimalen und/oder maximalen Peakwert und/oder ein Abfolge eines Vorzeichenwechsels eines Signalverlaufstückes aufweisen. Der Mustersignalverlauf kann beispielsweise tabellarisch und/oder als mathematische Funktion, beispielsweise als mathematische Reihe und/oder Spline und/oder Polynom in dem Datenspeicher abgespeichert sein.
  • Diese Ausgestaltung des Verfahrens hat den Vorteil, dass zuverlässig Drahtbrüche und Mehrfachdrahtbrüche, sowie eng aneinander liegende Drahtbrüche durch die Auswerteeinrichtung erkannt werden können.
  • Die zuverlässige Erkennung kann insbesondere dadurch verbessert werden, dass die Mustersignalverläufe beispielsweise vorab erstellt werden und bereits vorab analysiert sowie ausgewertet werden können, sodass sowohl die Erkennungsrate als auch die definierte Zuordnung, insbesondere bei Mehrfachdrahtbrüchen, erhöht ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Datenspeicher wenigstens eine erste Referenzcharakteristik des Hebeseils abgespeichert, wobei die erste Referenzcharakteristik eine Information eines ersten Signalverlaufs eines im Wesentlichen neuen Hebeseils aufgetragen über einer ersten Seilposition aufweist. Das neue Hebeseil zeichnet sich dadurch aus, dass es frei von Drahtbrüchen und/oder nur einige sehr wenige Drahtbrüche, beispielsweise weniger als 1/10 der bis zur Ablegereife erlaubten Maximalzahl von Drahtbrüchen, aufweist. Die Auswerteeinrichtung ordnet den ermittelten zweiten Signalverlauf einem Referenzabschnitt der ersten Referenzcharakteristik zu, wobei die Auswerteeinrichtung eine erste Seilposition des ermittelten Drahtbruchs auf Basis der ersten Referenzcharakteristik ermittelt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der zweite Signalverlauf im Betrieb des Hebesystems ermittelt werden kann, ohne dass zusätzlich das Hebeseil an einen Referenzpunkt zur Auswertung des Hebeseils zu verfahren ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann insbesondere die Auswerteeinrichtung einen maschinenlernenden Algorithmus aufweisen. Besonders gut kann das Hebeseil dadurch ausgewertet werden, dass die Auswerteeinrichtung mittels eines im Datenspeicher gespeicherten Mustersatzes von Mustersignalverläufen trainiert wird, wobei die trainierte Auswerteeinrichtung auf Basis des Trainings die Form des Abweichungsbereichs auswertet.
  • Zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung eine Mustererkennung, insbesondere einen Time-Warping-Algorithmus, insbesondere eines Dynamic-Time-Warping-Algorithmus und/oder Fast Fourier Transformation und/oder eine Wavelet-Transformation, insbesondere einer Direct-Wavelet-Transformation, anwenden, um den Mustersignalverlauf dem zweiten Signalverlauf und/oder den zweiten Signalverlauf des Sensorsignals der ersten Referenzcharakteristik zuzuordnen.
  • Die Auswerteeinrichtung führt zur Ermittlung des Drahtbruchs einen selbstlernenden Algorithmus durch, wobei der selbstlernende Algorithmus vorzugsweise ein One-Class Support Vector Machine Algorithmus und/oder ein Isolation Forest Algorithmus und/oder ein Decision Tree Algorithmus und/oder ein Histogram-based Outlier Score Algorithmus ist. Diese Algorithmen haben sich als besonders vorteilhaft für die Auswerteeinrichtung herausgestellt, sodass eine besonders hohe Erkennungsrate von Drahtbrüchen in dem Hebeseil erzielt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist eine vordefinierte Bezugslänge in dem Datenspeicher abgespeichert, wobei die Auswerteeinrichtung auf Basis der vordefinierten Bezugslänge jeweils eine Anzahl von Drahtbrüchen pro Bezugslänge in dem zweiten Signalverlauf ermittelt, wobei die Auswerteeinrichtung die ermittelte Anzahl von Drahtbrüchen pro Bezugslänge mit einem vordefinierten Maximalschwellenwert vergleicht, wobei die Auswerteeinrichtung bei Überschreiten des vordefinierten Maximalschwellenwerts eine Information über eine Ablegereife des Hebeseils an der Datenschnittstelle bereitstellt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass automatisiert ohne weitere Auswertung durch einen Seilinspekteur die Ablegereife im Rahmen des Verfahrens erkannt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist eine vordefinierte Bezugslänge in dem Datenspeicher abgespeichert, wobei die Auswerteeinrichtung auf Basis der vordefinierten Bezugslänge jeweils eine Anzahl von Drahtbrüchen pro Bezugslänge in dem zweiten Signalverlauf ermittelt, wobei die Auswerteeinrichtung ein Maximum der ermittelten Anzahl von Drahtbrüchen pro Bezugslänge vorzugsweise für das ausgewertete Hebeseil ermittelt, wobei die Auswerteeinrichtung einen minimalen Abstand zwischen dem Maximum und einem vordefinierten Maximalschwellenwert ermittelt, wobei auf Basis des minimalen Abstands die Auswerteeinrichtung eine Warninformation und/oder eine Vorhersage über eine bevorstehende Ablegereife des Hebeseils an der Datenschnittstelle bereitstellt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass dadurch eine rechtzeitige Planung eines Stillstands des Hebesystems für den Tausch des Hebeseils und/oder eine rechtzeitige Bestellung und Organisation eines neuen Hebeseils möglich ist und hierbei auf Grundlage der Vorhersage auch der Zeithorizont ausgegeben werden kann, wann mit der Ablegereife zu rechnen ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Datenspeicher wenigstens eine Schwellenwertcharakteristik mit wenigstens einer Mehrzahl von unterschiedlichen Schwellenwerten abgespeichert. Die Auswerteeinrichtung ermittelt eine Abweichung zwischen dem zweiten Signalverlauf und der ersten Referenzcharakteristik. Die Auswerteeinrichtung vergleicht die Abweichung mit der Schwellenwertcharakteristik, wobei bei Überschreiten wenigstens eines der Schwellenwerte der Schwellenwertcharakteristik die Auswerteeinrichtung wenigstens die Information über den Drahtbruch verifiziert. Dadurch kann die Erkennungsrate von dem jeweiligen Drahtbruch weiter erhöht werden bzw. die Zuverlässigkeit der Erkennung weiter erhöht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ermittelt die Auswerteeinrichtung auf Basis der ersten Referenzcharakteristik eine Hüllkurve, wobei auf Basis der Hüllkurve die Auswerteeinrichtung die Schwellenwertcharakteristik ermittelt. Dadurch können die Schwellenwerte der Schwellenwertcharakteristik, die beispielsweise als gestufte Schwellenwerte ausgebildet sind, an das jeweilige Hebeseil spezifisch angepasst werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die erste Referenzcharakteristik zu Beginn einer Nutzungsaufnahme des Hebeseils dadurch ermittelt, dass das Hebeseil vorzugsweise in einem Initialisierungsvorgang vorzugsweise über seine gesamte mögliche Länge, beispielsweise definiert durch das dem jeweiligen Kran zugehörige Nutzungs- bzw. Betriebsgebiet, an der Sensoreinrichtung vorbeibewegt wird, wobei die Sensoreinrichtung ein erstes Sensorsignal, das eine Wechselwirkung zwischen der Sensoreinrichtung und dem an der Sensoreinrichtung vorbeibewegten Hebeseil charakterisiert, in Abhängigkeit der ersten Seilposition des Hebeseils erzeugt und über die Datenschnittstelle der Auswerteeinrichtung bereitstellt. Die Auswerteeinrichtung ermittelt einen ersten Signalverlauf des Sensorsignals über die erste Seilposition. Der erste Signalverlauf wird als erste Referenzcharakteristik in dem Datenspeicher abgespeichert.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird eine Laufrichtung der an der Sensoreinrichtung vorbeigeführen Seilstrecke des Hebeseils ermittelt, wobei in Abhängigkeit von der Laufrichtung der Seilstrecke das zweite Sensorsignal derart weiterverarbeitet wird, dass die erste Referenzcharakteristik und der zweite Signalverlauf bei gleicher Laufrichtung ermittelt sind. Vorzugsweise wird insbesondere der zweite Signalverlauf auf Basis der zweiten Seilposition derart invertiert, dass die erste Referenzcharakteristik und der zweite Signalverlauf die gleiche Laufrichtung aufweisen. Die kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der gesamte zweite Signalverlauf an einem Umkehrpunkt zwischen einem Anfangspunkt und einem Endpunkt des zweiten Signalverlaufs der Laufrichtung gespiegelt wird. Dadurch wird eine besonders hohe Übereinstimmung bei gleichem Signalverlauf erzielt. Ferner wird dadurch die Erkennungsrate weiter verbessert.
  • In einer weiteren Ausführungsform bildet der zweite Signalverlauf eine zweite Referenzcharakteristik aus, die zeitlich nach der ersten Referenzcharakteristik ermittelt wird. Zusätzlich oder alternativ ermittelt die Auswerteeinrichtung für die erste Referenzcharakteristik und den ersten Signalverlauf jeweils Matrixprofile, wobei die Auswerteeinrichtung auf Basis der ermittelten Matrixprofile Ähnlichkeiten und/oder Übereinstimmungen zwischen der ersten Referenzcharakteristik und dem ersten Signalverlauf ermittelt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass dadurch die jeweiligen Übereinstimmungen als Referenzpunkte bzw. als Orientierungspunkte für das Mustererkennungsverfahren dienen können, sodass sich dadurch die Auswerteeinrichtung sich besonders gut in ihrer Position an der ersten Referenzcharakteristik orientieren kann bzw. gut Auffälligkeiten, insbesondere Abweichungen im jeweiligen Signalverlauf zwischen der ersten Referenzcharakteristik und dem ersten Signalverlauf erkennen kann und die jeweiligen Abweichungen besonders gut auswerten kann, um Drahtbrüche zu erkennen.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal geglättet und/oder vorgefiltert wird, bevor das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal ausgewertet wird, wobei insbesondere zum Filtern eine Fast Fourier Transformation und/oder eine Wavelet-Transformation, insbesondere eine Direct-Wavelet-Transformation, und/oder ein Tiefpassfilter angewandt wird, und/oder wobei das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal mit einem vordefinierten Minimalschwellenwert verglichen wird, wobei der erste Signalverlauf auf Basis des ersten Sensorsignals ermittelt wird, das den vordefinierten Minimalschwellenwert überschreitet, wobei der zweite Signalverlauf auf Basis des zweiten Sensorsignals ermittelt wird, das den vordefinierten Minimalschwellenwert überschreitet.
  • Ferner ist von Vorteil, wenn das Hebesystem eine Last mit wenigstens 20 t bis einschließlich 10.00 t anhebt, wobei die zweite Seilstrecke beim Heben oder Senken der Last an der Sensoreinrichtung vorbeibewegt wird. Dadurch kann auf zusätzliche Messfahrten, die den regulären Produktionsbetrieb unterbrechen würden, verzichtet werden. Ferner wird das zweite Sensorsignal durch eine Dehnung des Hebeseils unter Last verbessert.
  • Ein verbessertes Hebesystem kann dadurch bereitgestellt werden, dass das Hebesystem insbesondere für eine großindustrielle Anlage, insbesondere ein Walzwerk und/oder eine Stranggießmaschine ausgebildet ist, wobei das Hebesystem ausgebildet ist, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Ferner weist das Hebesystem wenigstens ein Hebeseil auf, wobei das Hebesystem eine Tragkraft am Hebeseil von wenigstens 20t aufweist, wobei das Hebesystem weiter vorzugsweise ausgebildet ist, Lasten an anzuheben und/oder abzusenken.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert: Dabei zeigen:
    • FIG 1
    eine schematische Darstellung eines Hebesystems;
    FIGN 2A, 2B
    die Sensoreinrichtung aus unterschiedlichen perspektivischen Ansichten an dem Hebeseil;
    FIG 3
    ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des in FIGN 1 und 2A, 2B gezeigten Hebesystems;
    FIG 4
    ein schematisches erstes Diagramm einer ersten Referenzcharakteristik;
    FIG 5
    ein schematisches zweites Diagramm eines zweiten Signalverlaufs eines zweiten Sensorsignals über einer zweiten Seilposition;
    FIGN 6A bis 6F
    jeweils einen beispielhaften Mustersignalverlauf eines Mustersatzes;
    FIG 7
    ein drittes schematisches Diagramm der ersten Referenzcharakteristik mit dem zugeordneten zweiten Signalverlauf; und
    FIG 8
    eine Auswertung von Drahtbrüchen aufgetragen über der ersten Seilposition.
  • FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hebesystems 10.
  • Das Hebesystem 10 ist beispielsweise als Kran, insbesondere beispielsweise als Portalkran, ausgebildet. Das Hebesystem 10 kann dabei beispielsweise ausgebildet sein, in einer großindustriellen Produktionsanlage, beispielsweise in einem Gebäude einer Stranggießmaschine oder Gieß-Walzverbundanlage oder einem anderen zur Stahl- oder Metallherstellung eingesetzten Gebäude montiert zu sein, um schwere Gegenstände, insbesondere beispielsweise Pfannen und/oder Stahlbrammen und/oder Stahlbunde, mittels eines Hebeseils 20 des Hebesystems 10 zu heben. Dabei ist das Hebesystem 10, insbesondere das Hebeseil 20, hochbelastet und einem entsprechenden Verschleiß und Alterung ausgesetzt. Das Hebeseil 20 darf hierbei nur solange benutzt werden, solange es nicht verschlissen und ablegereif ist.
  • Um den Verschleiß und die Alterung zu ermitteln weist das Hebesystem 10 neben dem Hebeseil 20 ein Steuergerät 15, eine Sensoreinrichtung 25 und eine Hebeeinrichtung 30 und eine Trageinrichtung 31 auf.
  • Das Steuergerät 15 weist einen Datenspeicher 35, eine Auswerteeinrichtung 40 und eine Datenschnittstelle 45 auf. Die Datenschnittstelle 45 ist mittels einer ersten Datenverbindung 50 mit der Auswerteeinrichtung 40 datentechnisch verbunden. Ferner ist über eine zweite Datenverbindung 55 die Auswerteeinrichtung 40 mit dem Datenspeicher 35 datentechnisch verbunden. Die Datenschnittstelle 45 ist ihrerseits mittels einer dritten Datenverbindung 60 mit der Sensoreinrichtung 25 datentechnisch verbunden.
  • Die Trageinrichtung 31, kann beispielsweise eine Laufkatze aufweisen, die entlang einer Kranbrücke 33 des Hebesystems 10 verfahrbar angeordnet ist. Die Hebeeinrichtung 30 kann beispielsweise eine Antriebseinheit aufweisen, die beispielsweise an der Laufkatze angeordnet ist. Die Antriebseinheit ist ausgebildet das Hebeseil 20 auf- oder abzurollen und mittels des Hebeseils 20 oder der daran angeordneten, beispielsweise Hebezeugs Lasten zu heben oder zu senken.
  • Im Betrieb des Hebesystems 10 wird das Hebeseil 20 häufig bewegt. Das Hebeseil 20 weist eine Vielzahl von Drähten auf, die verseilt sind. Die Drähte können beispielsweise aus einem ferromagnetischen und/oder austenitischen Stahl gefertigt sein. Über eine Lebensdauer des Hebeseils 20 verschleißt das Hebeseil 20 zum einen durch die mittels des Hebeseils 20 gehobenen Lasten und einer damit einhergehenden Längung des Hebeseils, zum anderen insbesondere durch die Biegung und/oder Rückbiegung des Hebeseils 20, die beispielsweise beim Auf- und Abwickeln des Hebeseils 20 erfolgt. Dabei können ein oder mehrere Drähte an einer unterschiedlichen oder an der gleichen ersten Seilposition p1(I) brechen. Häufen sich die Drahtbrüche B über eine vordefinierte Länge, so gilt das Hebeseil 20 als verschlissen und ist zu ersetzen, um ein ungewolltes Reißen des Hebeseils 20, beispielsweise unter schweren Lasten, oder ein ungewolltes weiteres Brechen der Drähte zu verhindern.
  • Die Sensoreinrichtung 25 ist mechanisch beispielsweise mit der Laufkatze verbunden und an dem Hebeseil 20 angeordnet. Die Sensoreinrichtung 25 verbleibt vorzugsweise während des Betriebs des Hebesystems 10 an der Laufkatze und wird nicht demontiert, solange keine Reparatur oder Wartung nötig ist, die eine Demontage erfordern würde. Das Hebeseil 20 ist durch die Sensoreinrichtung 25 geführt.
  • FIGN 2A und 2B zeigen die Sensoreinrichtung 25 aus unterschiedlichen perspektivischen Ansichten an dem Hebeseil 20.
  • Die Sensoreinrichtung 25 weist eine Führungsrollenanordnung 65, eine erste Sensoreinheit 70 und wenigstens eine zweite Sensoreinheit 75 auf. Die Führungsrollenanordnung 65 ist ausgebildet, das Hebeseil 20 in der Sensoreinrichtung 25 zu führen und einen vordefinierten Seilführungsabstand der ersten Sensoreinheit 70 zu dem Hebeseil 20 festzulegen.
  • Die erste Sensoreinheit 70 kann beispielsweise einen Magnetfelderzeuger und einen Magnetfeldsensor aufweisen. Der Magnetfelderzeuger kann beispielsweise eine elektrische Spule oder einen Permanentmagneten aufweisen, der auf das Hebeseil 20 wirkt. Der Magnetfeldsensor ist ausgebildet, ein in Abhängigkeit von dem durch das Magnetfeld des Magnetfelderzeugers geführten Hebeseils 20 korrespondierendes erste Sensorsignal bereitzustellen.
  • Die zweite Sensoreinheit 75 kann beispielsweise ein Tachorad 80 und einen Geschwindigkeitssensor 90 aufweisen, wobei das Tachorad 80 zumindest in einem Anlagepunkt 85 an dem Hebeseil 20 anliegt. Wird das Hebeseil 20 bewegt, so rollt das Tachorad 80 auf dem Hebeseil 20 ab. Dabei erfasst der Geschwindigkeitssensor eine Geschwindigkeit des an der zweiten Sensoreinheit 75 vorbeigeführten Hebeseils 20. Es wird darauf hingewiesen, dass die Geschwindigkeit des Hebeseils 20 berührungslos oder an einer anderen Position als der in den FIG 2A/2B gezeigten Position erfolgen kann. Beispielsweise ist auch möglich an einer Seiltrommel des Hebesystems 10 als Ersatz des Tachorads 80 die Geschwindigkeit zu ermitteln. Der Anlagepunkt 85 ist in einem Abstand a zu der ersten Sensoreinheit 70 angeordnet.
  • FIG 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des in FIGN 1 und 2A, 2B gezeigten Hebesystems 10. FIG 4 zeigt ein schematisches erstes Diagramm einer ersten Referenzcharakteristik 100. FIG 5 zeigt ein schematisches zweites Diagramm eines zweiten Signalverlaufs 120 eines zweiten Sensorsignals über einer zweiten Seilposition p2(I). FIGN 6A bis 6F zeigen jeweils einen beispielhaften Mustersignalverlauf des Mustersatzes. FIG 7 zeigt ein drittes schematisches Diagramm der ersten Referenzcharakteristik 100 mit dem zugeordneten zweiten Signalverlauf 120. FIG 8 zeigt eine Auswertung von Drahtbrüchen B aufgetragen über der ersten Seilposition p1(I).
  • Das im Folgenden beschriebene Verfahren wird vorzugsweise über eine gesamte Lebensdauer des Hebeseils 20, vorzugsweise in regelmäßigem zeitlichen Abstand, wiederholt durchgeführt. Dazu wird vorzugsweise zu Beginn der Lebensdauer das Hebeseil 20 an der Hebeeinrichtung 30 in vorzugsweise neuem oder in kaum verschlissenem Zustand montiert.
  • In dem Datenspeicher 35 ist vor Beginn des Verfahrens eine Mindestgeschwindigkeit, ein vordefinierter Maximalschwellenwert M bezogen auf eine Bezugslänge und der Mustersatz von Mustersignalverläufen abgespeichert (vgl. FIG 6A bis 6F). Jedem Mustersignalverlauf des Mustersatzes ist eine Art von Drahtbruch oder ein Mehrfachdrahtbruch oder eine Seildefekt-Klasse (Label) zugeordnet. In den FIGN 6A bis 6F sind beispielhafte Mustersignalverläufe angegeben. Jeder Mustersignalverlauf weist eine andere Charakteristik auf und bildet einen unterschiedlichen Drahtbruch B und/oder Mehrfachdrahtbruch ausgebildet aus mehreren Drahtbrüchen B im Wesentlichen an der gleichen ersten Seilposition p1(I) und/oder eine andere Seildefekt-Klasse ab. Die Charakteristik ist vor allem durch die Form des Mustersignalverlaufs und/oder seiner Features geprägt. Ferner kann beispielsweise der Mustersignalverlauf beispielsweise eine Information über wenigstens einen Dreiecksverlauf und/oder einen anderen Kennwert wie beispielsweise eine Dichte von Nulldurchgängen (ein Nulldurchgang ist dadurch charakterisiert, dass sich beim Signal das Vorzeichen ändert )und/oder eine Anzahl von Nulldurchgängen, einen minimalen und/oder maximalen Peakwert und/oder ein Abfolge eines Vorzeichenwechsels eines Signalverlaufstücks aufweisen. Der Mustersignalverlauf kann beispielsweise tabellarisch und/oder als mathematische Funktion, beispielsweise als mathematische Reihe und/oder Spline und/oder Polynom in dem Datenspeicher 35 abgespeichert sein.
  • So zeigt beispielsweise ein in FIG 6A gezeigter erster Mustersignalverlauf einen Doppeldrahtbruch, der nahe an einem weiteren Einzeldrahtbruch liegt. FIG 6B zeigt einen 12-fach-Drahtbruch, der mit einer Ablegereife des Hebeseils 20 korreliert. FIG 6C zeigt beispielsweise einen Einfachdrahtbruch mit einem nahe angeordneten Vierfachdrahtbruch.
  • FIG 6D zeigt beispielsweise einen 6-fach-Drahtbruch. FIG 6E zeigt beispielsweise einen Einfachdrahtbruch. FIG 6F zeigt einen 4-fach-Drahtbruch (mit negativer Amplitude).
  • In einem ersten Verfahrensschritt 305 wird das Hebeseil 20 im Wesentlichen im neuen oder kaum verschlissenen Zustand in dem Hebesystem 10 montiert und die Sensoreinrichtung 25 an dem Hebeseil 20 dauerhaft montiert, sodass bei jedem Hebe- oder Senkvorgang bzw. bei jeder Bewegung des Hebeseils 20 durch die Hebeeinrichtung 30 das Hebeseil 20 an der Sensoreinrichtung 25 vorbeigeführt wird.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt 310 wird beispielsweise das Hebeseil 20 einmal vollständig abgewickelt oder vollständig aufgewickelt. So kann hierfür beispielsweise ein Kranhaken des Hebesystems 10 vollständig angehoben und bis zur tiefsten Stelle innerhalb des Nutzungsbereichs des Hebesystems 10 bewegt werden. Ist das Hebeseil 20 aufgewickelt oder vollständig abgewickelt, wird dadurch ein Startpunkt 95 des Hebeseils 20 festgelegt. Der Startpunkt 95 dient als Referenzpunkt an dem Hebeseil 20. Auf den Startpunkt 95 kann die erste Seilposition p1(I) referenziert und bezogen sein.
  • Im einem dritten Verfahrensschritt 315 wird das Hebeseil 20 mit der Mindestgeschwindigkeit mit einer ersten Laufrichtung an der Sensoreinrichtung 25 vorbeigeführt. Dabei kann beispielsweise die Mindestgeschwindigkeit wenigstens einschließlich 0,1 m/s, insbesondere wenigstens 0,2 m/s betragen. Die Geschwindigkeit mit der das Hebeseil bewegt wird, sollte jedoch 50 m/s nicht überschreiten.
  • Die Sensoreinrichtung 25 ist im dritten Verfahrensschritt 315 aktiviert. Beispielsweise stellt der Magnetfelderzeuger das Magnetfeld bereit. Das Magnetfeld des Magnetfelderzeugers wirkt auf das Hebeseil 20 und die einzelnen Drähte des Hebeseils 20. Durch das ferromagnetische und/oder austenitische Material des Hebeseils 20 wird das Magnetfeld in seinem Fluss verändert. Der Magnetfeldsensor ist in der Ausführungsform beabstandet zu dem Magnetfelderzeuger angeordnet und stellt in Abhängigkeit des erfassten Magnetfelds ein erstes Sensorsignal bereit. Das erste Sensorsignal wird über die dritte Datenverbindung 60 an die Datenschnittstelle 45 und von der Datenschnittstelle 45 über die erste Datenverbindung 50 an die Auswerteeinrichtung 40 übertragen. Die Auswerteeinrichtung 40 erfasst das erste Sensorsignal.
  • Das Steuergerät 15 kann das erste Sensorsignal vor einer Weiterverarbeitung filtern und/oder glätten oder das Steuergerät 15 kann einen zusätzlichen ersten Filter zum Filtern und/oder ersten Glätter zum Glätten des ersten Sensorsignals aufweisen, wobei insbesondere zum Filtern eine Fast Fourier Transformation und/oder eine Wavelet-Transformation, insbesondere einer Direct-Wavelet-Transformation und/oder zum Filtern ein Tiefpassfilter oder Mittelwertbildner angewandt wird.
  • In dem dritten Verfahrensschritt 315 rollt ferner das Tachorad 80 ausgehend vom Startpunkt 95 auf dem Hebeseil 20 ab, und der Geschwindigkeitssensor 90 stellt im Rahmen eines ersten Tachosignals beispielsweise eine Information über die Geschwindigkeit des Hebeseils 20 über die dritte Datenverbindung der Datenschnittstelle 45 und die erste Datenverbindung 50 der Auswerteeinrichtung 40 bereit. Die Auswerteeinrichtung 40 erfasst das zweite Sensorsignal.
  • Das Steuergerät 15 kann das erste Tachosignal vor einer Weiterverarbeitung filtern und/oder glätten, wobei insbesondere zum Glätten eine Mittelwertbildung angewandt wird. Das Steuergerät 15 kann einen zusätzlichen zweiten Filter zum Filtern aufweisen.
  • Das Hebeseil 20 wird ausgehend vom Startpunkt bis zu einem maximal verfahrbaren Ende 105 über eine verfügbare Seillänge auf- oder abgewickelt und an der Sensoreinrichtung 25 vorbeigeführt.
  • In einem auf den dritten Verfahrensschritt 315 folgenden vierten Verfahrensschritt 320 ermittelt die Auswerteeinrichtung 40 auf Grundlage des Abstands a der zweiten Sensoreinheit 75 zu der ersten Sensoreinheit 70 sowie der Geschwindigkeitsinformation des ersten Tachosignals über das Hebeseil 20 eine jeweils zum ersten Sensorsignal zugeordnete erste Seilposition p1(I) relativ zu dem Startpunkt 95. Mit anderen Worten wird ein erstes Sensorsignal um eine bestimmte Länge beabstandet zu dem Startpunkt 95 an der jeweils zugeordneten ersten Seilposition p1(I) ermittelt.
  • In einem auf den vierten Verfahrensschritt 320 folgenden fünften Verfahrensschritt 325 (vgl. FIG 4) ermittelt die Auswerteeinrichtung 40 einen ersten Signalverlauf des ersten Sensorsignals zu der jeweils zugeordneten ersten Seilposition p1(I) zwischen der Startposition 95 und dem Ende 105. Die Auswerteeinrichtung 40 speichert den ersten Signalverlauf in dem Datenspeicher 35 als erste Referenzcharakteristik 100 ab. Es wird ferner davon ausgegangen, dass das neue Hebeseil 20 im Wesentlichen frei von Drahtbrüchen B ist, oder nur sehr wenige - z.B. weniger als 10 - Drahtbrüche über die gesamte erfassbare Seillänge aufweist.
  • Ferner speichert vorzugsweise die Auswerteeinrichtung 40 der ersten Referenzcharakteristik 100 zugeordnet eine erste Zeitinformation, die im Wesentlichen dem Erfassungszeitpunkt des ersten Sensorsignals entspricht, mit ab. Die erste Referenzcharakteristik 100 bildet einen ersten Fingerabdruck des Hebeseils 20 aus, der individuell für das jeweilige Hebeseil 20 ist.
  • Das erste Sensorsignal korreliert mit einem Streufluss D eines magnetischen Flusses in dem Hebeseil 20. Der Streufluss D des ersten Sensorsignals entspricht dabei einer Unterbrechung/Schwächung des magnetischen Flusses, beispielsweise durch einen oder mehrere Drahtbrüche B an der zugeordneten ersten Seilposition p1(I). Die erste Referenzcharakteristik 100 (vgl. FIG 4) weist beispielsweise einen gezackten ersten Verlauf des ersten Sensorsignals über der ersten Seilposition p1(I) auf. Je größer eine Amplitude des ersten Sensorsignal an einer zugeordneten ersten Seilposition p1(I) ist, desto stärker/heftiger ändert sich der Streufluss D an der jeweils zugeordneten ersten Seilposition p1(I). Weist also das erste Sensorsignal eine hohe Amplitude auf, so weist das Hebeseil 20 an der jeweils zugeordneten ersten Seilposition p1(I) einen oder mehrere Drahtbrüche B auf.
  • Zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung 40 auf Basis der ersten Referenzcharakteristik 100 die Schwellenwertcharakteristik mit zumindest dem ersten Schwellenwert ermitteln. Vorzugsweise ermittelt dabei die Auswerteeinrichtung 40 auf Basis der ersten Referenzcharakteristik 100 eine Hüllkurve um die erste Referenzcharakteristik 100. Auf Basis der Hüllkurve ermittelt die Auswerteeinrichtung 40 die Schwellenwertcharakteristik. Dabei können zumindest der erste Schwellenwert und vorzugsweise die vom ersten Schwellenwert weiter beabstandeten weiteren Schwellenwerte beispielsweise einen vordefinierten Mindestabstand jeweils zu der Hüllkurve der ersten Referenzcharakteristik 100 aufweisen.
  • Die ersten bis fünften Verfahrensschritte 305 bis 325 bilden dabei einen Initialisierungsvorgang des Hebeseils 20 ab. Der Initialisierungsvorgang kann bei einer Montage des Hebeseils 20 in dem Hebesystem 10 durchgeführt werden.
  • Nach dem Initialisierungsvorgang kann das Hebesystem 10 bestimmungsgemäß genutzt werden, um mittels des Hebeseils 20 Lasten anzuheben oder abzusenken. Dabei werden die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte zyklisch regelmäßig während der Benutzung des Hebeseils 20 durchgeführt. Dabei ist von besonderem Vorteil, wenn beispielsweise zu einem Schichtwechsel, beispielsweise alle acht Stunden, die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt werden. Selbstverständlich ist auch ein anderes Zeitintervall möglich. Die folgenden Verfahrensschritte werden selbständig vorzugsweise von dem Steuergerät 15 gestartet. Dabei muss zu Beginn der folgenden Verfahrensschritte das Hebeseil 20 nicht vollständig auf- oder abgewickelt sein, sondern kann sich auch in einer Zwischenposition an der Sensoreinrichtung 25 befinden.
  • Dabei wird eine Seilstrecke 110 des Hebeseils 20 mit der Mindestgeschwindigkeit an der Sensoreinrichtung 25 vorbeigeführt. Die Seilstrecke 110 kann zwischen dem Startpunkt 95 und dem Ende 105 des Hebeseils 20 liegen. Die Seilstrecke 110 kann kürzer sein als die maximale Länge des Hebeseils 20 zwischen dem Startpunkt 95 und dem Ende 105 des Hebeseils 20.
  • Auch kann sich die Seilstrecke 110 zwischen dem Startpunkt 95 und dem Ende 105 des Hebeseils 20 vollständig erstrecken, sodass eine maximal verfügbare Länge des Hebeseils 20 an der Sensoreinrichtung 25 vorbeigeführt wird.
  • Analog zum dritten Verfahrensschritt 315 stellt im sechsten Verfahrensschritt 330 die erste Sensoreinheit 70 auf Grundlage der Wechselwirkung zwischen der ersten Sensoreinheit 70 und der vorbeigeführten Seilstrecke 110 des Hebeseils 20 ein zweites Sensorsignal bereit, das eine Wechselwirkung zwischen der Sensoreinrichtung 25 und dem an der Sensoreinrichtung 25 vorbeibewegten Hebeseil 20 charakterisiert. Die erste Sensoreinheit 70 stellt über die Datenschnittstelle 45 das zweite Sensorsignal der Auswerteeinrichtung 40 bereit.
  • Das zweite Sensorsignal wird über die dritte Datenverbindung 60 an die Datenschnittstelle 45 und von der Datenschnittstelle 45 über die erste Datenverbindung 50 an die Auswerteeinrichtung 40 übertragen. Die Auswerteeinrichtung 40 erfasst das zweite Sensorsignal.
  • Die Mindestgeschwindigkeit ist eine wichtige Voraussetzung, dass das zweite Sensorsignal plausible und brauchbare Werte für den Streufluss D über den gesamten Signalverlauf aufweist, und somit durch die Auswerteeinrichtung 40 weiterverarbeitbar ist.
  • Das zweite Sensorsignal korreliert mit dem Streufluss D des magnetischen Flusses an der Seilstrecke 110 des Hebeseils 20. Der Streufluss D des zweiten Sensorsignals entspricht dabei einer lokalen Änderung des magnetischen Flusses, beispielsweise durch einen Drahtbruch B oder einen Mehrfachdrahtbruch B an jeweils einer zweiten Seilposition p2(I).
  • In dem sechsten Verfahrensschritt 330 rollt ferner das Tachorad 80 in dem Abstand a versetzt zu der ersten Sensoreinheit 70 auf dem Hebeseil 20 ab, und der Geschwindigkeitssensor 90 stellt im Rahmen eines zweiten Tachosignals beispielsweise eine Information über die Geschwindigkeit des Hebeseils 20 über die dritte Datenverbindung 60 der Datenschnittstelle 45 und über die zweite Datenverbindung 55 der Auswerteeinrichtung 40 bereit. Die Auswerteeinrichtung 40 erfasst das zweite Tachosignal.
  • In einem auf den sechsten Verfahrensschritt 330 folgenden siebten Verfahrensschritt 335 ermittelt die Auswerteeinrichtung 40 auf Grundlage des Abstands a und der Geschwindigkeitsinformation des zweiten Tachosignals die zweite Seilposition p2(I) innerhalb der Seilstrecke 110 zu dem jeweils erfassten zweiten Sensorsignal.
  • In einem auf den siebten Verfahrensschritt 335 folgenden achten Verfahrensschritt 340 vergleicht die Auswerteeinrichtung 40 die Geschwindigkeitsinformation des zweiten Tachosignals mit der im Datenspeicher 35 abgelegten Mindestgeschwindigkeit. Wird die Mindestgeschwindigkeit unterschritten, so werden die weiteren Verfahrensschritte nicht fortgeführt, da der zu der zweiten Signalposition p2(I) erfasste Streufluss D als unbrauchbar für die weitere Auswertung zu werten ist. Ist die Mindestgeschwindigkeit überschritten, fährt die Auswerteeinrichtung 40 mit einem neunten Verfahrensschritt 345 fort.
  • In dem neunten Verfahrensschritt 345 ermittelt die Auswerteeinrichtung 40 einen zweiten Signalverlauf 120 des zweiten Sensorsignals über die Seilstrecke 110 (vgl. FIG 5). Dabei wird insbesondere der zweite Signalverlauf 120 zu der jeweils ermittelten zweiten Seilposition p2(I) innerhalb der Seilstrecke 110 zugeordnet. Die zweite Seilposition p2(I) erstreckt sich beispielsweise zwischen einer Anfangspunkt der Erfassung des Streuflusses D mit der Mindestgeschwindigkeit bis hin zu einem Endpunkt der Erfassung des Streuflusses D mit der Mindestgeschwindigkeit. Der Anfangspunkt kann unterschiedlich zu dem Startpunkt 95 und/oder der Endpunkt kann unterschiedlich zum Ende 105 sein.
  • Ferner kann die Auswerteeinrichtung 40 im neunten Verfahrensschritt 345 eine zweite Laufrichtung auf Basis des zweiten Tachosignals, mit der die Seilstrecke 110 an der Sensoreinrichtung 25 im sechsten Verfahrensschritt 330 vorbeigeführt wird, überprüfen. Entspricht die zweite Laufrichtung der ersten Laufrichtung der ersten Referenzcharakteristik 100, so fährt die Auswerteeinrichtung 40 mit dem ermittelten zweiten Signalverlauf 120 fort. Ist die zweite Laufrichtung entgegengesetzt zu der ersten Laufrichtung der ersten Referenzcharakteristik 100, so invertiert die Auswerteeinrichtung 40 den zweiten Signalverlauf 120 durch Invertierung der ermittelten zweiten Seilposition p2(I) mit Bezugnahme auf den Anfangspunkt und den Endpunkt beispielsweise durch Spiegelung an einem zwischen dem Anfangspunkt und dem Endpunkt, beispielsweise mittig liegenden, Umkehrpunkt und aktualisiert entsprechend den zweiten Signalverlauf 120 der Sensorsignale über die jeweils zugeordnete zweite Seilposition p2(I) innerhalb der Seilstrecke 110.
  • In einem auf den neunten Verfahrensschritt 345 folgenden zehnten Verfahrensschritt 350 vergleicht die Auswerteeinrichtung 40 den zweiten Signalverlauf 120 der zweiten Sensorsignale über die Seilstrecke 110 mit der ersten Referenzcharakteristik 100 und ordnet den zweiten Signalverlauf 120 einem Referenzabschnitt 115 der ersten Referenzcharakteristik 100 zu, beispielsweise mittels einer Mustererkennung und/oder Fast Fourier Transformation und/oder eine Wavelet-Transformation, insbesondere einer Direct-Wavelet-Transformation (vgl. FIG 7).
  • Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung 40 für die erste Referenzcharakteristik 100 und den zweiten Signalverlauf 120 jeweils ein Matrixprofil ermitteln. Das Matrixprofil kann dabei ein Vektor sein, der einen normierten euklidischen Abstand zwischen einer Teilsequenz der ersten Referenzcharakteristik 100 und dem zweiten Signalverlauf 120 abbildet. Dabei kann beispielsweise die erste Referenzcharakteristik 100 eine zeit- und ortsbezogene Serie (x1) abbilden, wobei der zweite Signalverlauf 120 einen nächsten Nachbarn einer Serie (x2) darstellt. Die Auswerteeinrichtung 40 kann beispielsweise sowohl die erste Referenzcharakteristik 100 als auch den zweiten Signalverlauf 120 in Teilsequenzen zergliedern und als charakteristische Muster für die zeit- oder ortsbezogene Serie auswählen. Insbesondere ist dabei von Vorteil, wenn die Auswerteeinrichtung 40 für die erste Referenzcharakteristik 100 und/oder den zweiten Signalverlauf Intervalle auswählt, in denen die erste Referenzcharakteristik 100 in ihrem Verlauf Ausschläge in ihrer Amplitude und/oder Signalformteilverläufe aufweist, die auf einen oder mehrere Drahtbrüche B schließen lassen.
  • Mittels der Matrixprofile kann die Auswerteeinrichtung 40 innerhalb einer ausgewählten Teilsequenz der ersten Referenzcharakteristik 100 zu jeder Teilsequenz des zweiten Signalverlaufs 120 effizient jeweils einen Abstand ermitteln und den geringsten Abstand innerhalb der Matrix bestimmen.
  • Durch die Matrixprofile kann beispielsweise die Auswerteeinrichtung 40 wiederkehrende Muster oder Motive zwischen der ersten Referenzcharakteristik 100 und dem zweiten Signalverlauf 120 bestimmen. Durch die wiederkehrenden Muster oder Motive kann beispielsweise die Auswerteeinrichtung 40 den zweiten Signalverlauf 120 einem Referenzabschnitt 115 der ersten Referenzcharakteristik 100 zuordnen.
  • Alternativ zu der Anwendung von Matrixprofilen ist auch möglich, dass die Auswerteeinrichtung 40 vorzugsweise mittels einer Fast Fourier Transformation (kurz FFT) und/oder vorzugsweise einer eines Time-Warping-Algorithmus, insbesondere eines Dynamic-Time-Warping-Algorithmus, den zweiten Signalverlauf 120 einem Referenzabschnitt 115 der ersten Referenzcharakteristik 100 zuordnet. Der Time-Warping-Algorithmus, insbesondere der Dynamic-Time-Warping-Algorithmus, hat dabei den Vorteil, dass dabei eine Dehnung des Hebeseils 20 über den Lauf der Zeit und/oder eine Elastizität des Hebeseils 20 und/oder ein Schlupf des Tachorads 80 am Hebeseil 20 ausgeglichen und/oder mitberücksichtigt werden kann. Die Fast Fourier Transformation hat den Vorteil, dass damit eine recht genau Amplituden-Charakteristik verfügbar wird, welche auch ohne Vorliegen von Drahtbrüchen örtliche Zuordnungen zwischen der ersten Referenzcharakteristik 100 und dem zweiten Signalverlauf 120 fördern kann.
  • Der dynamische Time-Warping-Algorithmus und/oder die Fast Fourier Transformation stellt somit eine verbesserte Übereinstimmung zwischen dem zweiten Signalverlauf 120 und der ersten Referenzcharakteristik 100 im Rahmen der Mustererkennung zur Verfügung.
  • Durch die Zuordnung des zweiten Signalverlaufs 120 zu dem Referenzabschnitt 115 der ersten Referenzcharakteristik 100 kann die Auswerteeinrichtung 40 die zweite Seilposition p2(I) des zweiten Sensorsignals auf Basis der ersten Referenzcharakteristik 100 zuverlässig der jeweiligen ersten Seilposition p1(I) der ersten Referenzcharakteristik 100 zuordnen.
  • In einem elften Verfahrensschritt 355 bestimmt die Auswerteeinrichtung 40 ferner wenigstens einen Übereinstimmungsbereich 116 des zweiten Signalverlaufs 120 innerhalb des Referenzabschnitts 115 der ersten Referenzcharakteristik 100, in dem der zweite Signalverlauf 120 mit der ersten Referenzcharakteristik 100 im Wesentlichen übereinstimmt (vgl. FIG 4).
  • Die Auswerteeinrichtung 40 bestimmt ferner beispielsweise einen Abweichungsbereich 117, in dem der zweite Signalverlauf 120 von dem Referenzabschnitt 115 der ersten Referenzcharakteristik 100 abweicht (vgl. FIG 4). Dabei liegt der Abweichungsbereich 117 in FIG beispielsweise zwischen zwei Übereinstimmungsbereichen 116. Im Abweichungsbereich 117 liegt eine Änderung des zweiten Signalverlaufs 120 über die Zeit gegenüber dem Referenzabschnitt 115 der ersten Referenzcharakteristik 100 im Wesentlichen an der gleichen ersten Seilposition p1(I) vor. Die Änderung ist dabei größer als ein vordefinierter Abweichungsschwellenwert. Diese Änderung resultiert aus einem oder mehreren neu aufgetretenen Drahtbrüchen B an der ersten Seilposition p1(I). Bei einer nur geringen Nutzung des Hebeseils 20 seit Ermittlung der ersten Referenzcharakteristik 100, kann der Fall eintreten, dass im Wesentlichen eine Identität zwischen dem zweiten Signalverlauf 120 und dem Referenzabschnitt 115 vorliegt und die Auswerteeinrichtung 40 keinen Abweichungsbereich 117 ermittelt.
  • Von besonderem Vorteil ist dabei, wenn die Auswerteeinrichtung 40 den Abweichungsbereich 117 und/oder die Abweichungsbereiche 117, in denen der zweite Signalverlauf 120 von der ersten Referenzcharakteristik 100 abweicht, in jeweils einen einzelnen Auswertebereich 118, 119 zergliedert (vgl. FIG 5). Die Zergliederung kann beispielsweise auf Grundlage eines Verlaufs, beispielsweise im Bereich eines Peaks, beispielsweise vor und nach einem Peak, erfolgen. Durch die Zergliederung kann die Auswerteeinrichtung 40 die erste Seilposition p1(I) des jeweiligen Auswertebereichs 118, 119 definiert bestimmen.
  • In einem zwölften Verfahrensschritt 360 vergleicht die Auswerteeinrichtung 40 den wenigstens einen Auswertebereich 118, 119 mit dem Mustersatz von Mustersignalverläufen. Dabei wird jeder der Auswertebereiche 118, 119 des zweiten Signalverlaufs 120 vorzugsweise mit einer Vielzahl von Mustersignalverläufen des Mustersatzes (vgl. FIGN 6A bis 6F), beispielsweise in seiner Form, verglichen und/oder ausgewertet.
  • Die Auswerteeinrichtung 40 kann dabei beispielsweise ein Mustervergleichsverfahren anwenden. Ferner wählt beispielsweise die Auswerteeinrichtung 40 den Mustersignalverlauf des Mustersatzes aus, der die größte Übereinstimmung mit dem jeweiligen Auswertebereich 118, 119 des zweiten Signalverlaufs 120 aufweist. Für den jeweiligen Mustersignalverlauf ist wie bereits erläutert jeweils die Information über einen Drahtbruch B und gegebenenfalls eine Drahtbruchanzahl B und/oder die Seildefekt-Klasse im Datenspeicher 35 zugeordnet abgelegt.
  • In der Ausführungsform erkennt die Auswerteeinrichtung 40 beispielsweise, dass ein erster Auswertebereich 118 mit dem in FIG 6D gezeigten Mustersignalverlauf und ein zweiter Auswertebereich 119, der versetzt in FIG 5 zu dem ersten Auswertebereich 118 angeordnet ist, mit dem in FIG 6F gezeigten Mustersignalverlauf im Wesentlichen übereinstimmt.
  • Zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung 40 auf Basis der Übereinstimmung des Auswertebereichs 118, 119 mit einem der Mustersignalverläufe den entsprechenden zugeordneten Drahtbruch B erkennen und über die Zuordnung des zweiten Signalverlaufs 120 zu der ersten Referenzcharakteristik 100 die jeweils zu dem Drahtbruch B oder den Mehrfachdrahtbrüchen B zugeordnete erste Seilposition p1(I) auf Basis der ersten Referenzcharakteristik 100 bestimmen sowie die jeweilige erste Seilposition p1(I) zu dem ermittelten Drahtbruch B in dem Datenspeicher 35 ablegen.
  • Zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung 40 eine Abweichung b zwischen dem zweiten Signalverlauf 120 und der ersten Referenzcharakteristik 100 an der ersten Seilposition p1(I) bestimmen.
  • Die Auswerteeinrichtung 40 kann die Abweichung b mit der Schwellenwertcharakteristik vergleichen, wobei bei Überschreiten wenigstens eines der Schwellenwerte der Schwellenwertcharakteristik die Auswerteeinrichtung 40 wenigstens die Information über den Drahtbruch B verifiziert.
  • In einem dreizehnten Verfahrensschritt 365 kann die Auswerteeinrichtung 40 auf Basis einer vordefinierten Bezugslänge, die im Datenspeicher 35 abgespeichert ist, jeweils eine Anzahl von Drahtbrüchen B pro Bezugslänge, vorzugsweise über die gesamte aktualisierte zweite Referenzcharakteristik 125 hinweg, ermitteln. Die Bezugslänge kann beispielsweise dem sechsfachen Außendurchmesser oder beispielsweise dem dreißigfachen Außendurchmesser des Hebeseils 20 entsprechen. Dazu summiert beispielsweise die Auswerteeinrichtung 40 die innerhalb der vordefinierten Bezugslänge ermittelten Drahtbrüche B auf.
  • In FIG 8 sind beispielsweise die ermittelten Drahtbrüche B pro Bezugslänge über der jeweils zugeordneten ersten Seilposition p1(I) aufgetragen.
  • In einem vierzehnten Verfahrensschritt 370, der dem dreizehnten Verfahrensschritt 365 folgt, vergleicht die Auswerteeinrichtung 40 die ermittelte Anzahl von Drahtbrüchen B pro Bezugslänge mit einem vordefinierten Maximalschwellenwert M, der im Datenspeicher 35 abgelegt ist. Der vordefinierte Maximalschwellenwert M entspricht dabei dem Wert, bei dem das Hebeseil 20 ablegereif ist, um den für das Hebeseil 20 zugelassenen Belastungen ausgesetzt zu werden. Der Maximalschwellenwert M ist in FIG 8 mittels einer strichlierten Linie dargestellt.
  • In einem fünfzehnten Verfahrensschritt 375 stellt dabei die Auswerteeinrichtung 40 bei Überschreiten des vordefinierten Maximalschwellenwerts M durch die ermittelte Anzahl von Drahtbrüchen B pro Bezugslänge eine Information über eine Ablegereife des Hebeseils 20 an der Datenschnittstelle 45 bereit.
  • Zusätzlich kann im dreizehnten Verfahrensschritt 365 die Auswerteeinrichtung 40 ein Maximum MAX der ermittelten Anzahl von Drahtbrüchen B innerhalb der Bezugslänge ermitteln. Das Maximum MAX kann dabei kleiner als der Maximalschwellenwert M sein. Beispielsweise ermittelt die Auswerteeinrichtung 40 zusätzlich einen minimalen Abstand c, beispielsweise durch Differenzbildung, zwischen dem Maximum MAX der ermittelten Anzahl von Drahtbrüchen B pro Bezugslänge und dem vordefinierten Maximalschwellenwert M.
  • Auf Basis des minimalen Abstands c stellt die Auswerteeinrichtung 40 eine Warninformation oder auf Grundlage des zeitlichen Abstands zwischen der Ermittlung des zweiten Signalverlaufs 120 und der ersten Referenzcharakteristik 100 eine Vorhersage über eine bevorstehende Ablegereife des Hebeseils 20 an der Datenschnittstelle 45 bereit.
  • Von besonderem Vorteil ist, insbesondere bei Bestimmung und Zuordnung des zweiten Signalverlaufs 120 zu der ersten Referenzcharakteristik 100 und/oder bei Erkennung der Drahtbrüche B bei dem zweiten Vergleich, bei dem die Auswertebereiche 118, 119 des zweiten Signalverlaufs 120, die keine Übereinstimmung mit der ersten Referenzcharakteristik 100 aufweisen, mit dem Mustersatz verglichen werden, wenn die Auswerteeinrichtung 40 einen selbstlernenden Algorithmus aufweist und diesen durchgeführt.
  • Insbesondere kann dabei die Auswerteeinrichtung 40 vorzugsweise einen One-Class Support Vector Machine Algorithmus und/oder einen Isolation Forest Algorithmus und/oder einen Histogram-based Outlier Score Algorithmus anwenden, um mit zunehmender Anzahl von Abweichungen im zweiten Signalverlauf 120 zu der ersten Referenzcharakteristik 100 zuverlässig Drahtbrüche B und/oder Mehrfachdrahtbrüche B zu erkennen.
  • Ferner kann im Rahmen des Initialisierungsvorgangs (erster bis fünfter Verfahrensschritt 305 bis 325) der selbstlernende Algorithmus auch mit dem Mustersignalsatz trainiert werden und auf Basis des Trainings im zwölften Verfahrensschritt 360 den Auswertebereich 118, 119 jeweils auswerten.
  • Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Auswerteeinrichtung 40 beispielsweise im Rahmen des sechsten bis neunten Verfahrensschritts 330, 335, 340, 345 mehrere zweite Signalverläufe 120 zu einem zweiten Signalverlauf zusammenfassen kann.
  • Ferner ist es möglich, auf Basis des zweiten Signalverlaufs 120 eine zweite Referenzcharakteristik 125 zu ermitteln und/oder die erste Referenzcharakteristik 100 zu aktualisieren. Die zweite Referenzcharakteristik 125 und/oder mehrere zweite Referenzcharakteristiken 125, die in zeitlichem Abstand nach der ersten Referenzcharakteristik 100 erzeugt werden, können gemeinsam in dem Datenspeicher 35 abgespeichert werden.
  • Auch ist möglich, dass der Initialisierungsvorgang in regelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholt wird, um statt der ersten Referenzcharakteristik 100 die zweite Referenzcharakteristik 125 zu erzeugen.
  • Die zweite Referenzcharakteristik 125 ersetzt dann in dem sechsten bis fünfzehnten Verfahrensschritt 330 bis 375 die erste Referenzcharakteristik 100, wobei der sechste bis fünfzehnte Verfahrensschritt 330 bis 375 in zeitlichem Abstand, vorzugsweise von wenigstens 1 Stunde, insbesondere wenigstens 8 Stunden, zu der Ermittlung der zweiten Referenzcharakteristik 125 durchgeführt werden. Zusätzlich können bereits zu einer ersten Seilposition p1(I) erkannte Drahtbrüche B, als zusätzliche Drahtbruchinformation zu der ersten Seilposition p1(I) im Rahmen der zweiten Referenzcharakteristik 125 mit in dem Datenspeicher 35 abgespeichert werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Hebesystem
    15
    Steuergerät
    20
    Hebeseil
    25
    Sensoreinrichtung
    30
    Hebeeinrichtung
    31
    Trageinrichtung
    33
    Kranbrücke
    35
    Datenspeicher
    40
    Auswerteeinrichtung
    45
    Datenschnittstelle
    50
    erste Datenverbindung
    55
    zweite Datenverbindung
    60
    dritte Datenverbindung
    65
    Führungsrollenanordnung
    70
    erste Sensoreinheit
    75
    zweite Sensoreinheit
    80
    Tachorad
    85
    Anlagepunkt
    90
    Geschwindigkeitssensor
    95
    Startpunkt
    100
    erste Referenzcharakteristik
    105
    Ende
    110
    Seilstrecke
    115
    Referenzabschnitt der ersten Referenzcharakteristik
    116
    Übereinstimmungsbereich
    117
    Abweichungsbereich
    118
    erster Auswertebereich
    119
    zweiter Auswertebereich
    120
    zweiter Signalverlauf
    125
    zweite Referenzcharakteristik
    305
    erster Verfahrensschritt
    310
    zweiter Verfahrensschritt
    315
    dritter Verfahrensschritt
    320
    vierter Verfahrensschritt
    325
    fünfter Verfahrensschritt
    330
    sechster Verfahrensschritt
    335
    siebter Verfahrensschritt
    340
    achter Verfahrensschritt
    345
    neunter Verfahrensschritt
    350
    zehnter Verfahrensschritt
    355
    elfter Verfahrensschritt
    360
    zwölfter Verfahrensschritt
    365
    dreizehnter Verfahrensschritt
    370
    vierzehnter Verfahrensschritt
    375
    fünfzehnter Verfahrensschritt
    a
    Abstand
    b
    Abweichung
    B
    Drahtbruch
    c
    minimaler Abstand zwischen dem Maximum und dem Maximalschwellenwert
    M
    Maximalschwellenwert
    MAX
    Maximum der Anzahl von Drahtbrüchen innerhalb einer Bezugslänge
    p1(I)
    erste Seilposition (referenziert auf den Startpunkt oder den Endpunkt)
    p2(I)
    zweite Seilposition

Claims (15)

  1. Verfahren zur Ermittlung eines Seilzustands eines Hebeseils (20) eines Hebesystems (10),
    - wobei eine Sensoreinrichtung (25), ein Steuergerät (15) mit einer Auswerteeinrichtung (40), eine mit der Auswerteeinrichtung (40) datentechnisch verbundene Datenschnittstelle (45) und ein mit der Auswerteeinrichtung (40) datentechnisch verbundener Datenspeicher (35) und ein Hebeseil (20) mit einer Vielzahl von Drähten bereitgestellt werden,
    - wobei in dem Datenspeicher (35) wenigstens ein Mustersatz von mehreren Mustersignalverläufen abgespeichert ist,
    - wobei jedem Mustersignalverlauf eine Information über einen Drahtbruch (B) zugeordnet ist,
    - wobei die Datenschnittstelle (45) mit der Sensoreinrichtung (25) datentechnisch verbunden ist,
    - wobei zumindest eine Seilstrecke (110) des Hebeseils (20) an der Sensoreinrichtung (25) vorbeibewegt wird,
    - wobei die Sensoreinrichtung (25) ein zweites Sensorsignal, das eine Wechselwirkung zwischen der Sensoreinrichtung (25) und dem an der Sensoreinrichtung (25) vorbeibewegten Hebeseil (20) charakterisiert, über die Datenschnittstelle (45) der Auswerteeinrichtung (40) bereitstellt,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) einen zweiten Signalverlauf (120) des zweiten Sensorsignals über die Seilstrecke (110) ermittelt,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) durch Zuordnung eines zu dem zweiten Signalverlauf (120) passenden Mustersignalverlaufs des Mustersatzes den Drahtbruch (B) in der an der Sensoreinrichtung (25) vorbeibewegten Seilstrecke (110) ermittelt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    - wobei in dem Datenspeicher (35) wenigstens eine erste Referenzcharakteristik (100) des Hebeseils (20) abgespeichert ist,
    - wobei die erste Referenzcharakteristik (100) eine Information eines ersten Signalverlaufs eines im Wesentlichen neuen Hebeseils (20) aufgetragen über einer ersten Seilposition (p1(I)) aufweist,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) den ermittelten zweiten Signalverlauf (120) einem Referenzabschnitt (115) der ersten Referenzcharakteristik (100) zuordnet,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) eine erste Seilposition (p1(I)) des ermittelten Drahtbruchs (B) auf Basis der ersten Referenzcharakteristik (100) ermittelt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) mittels eines im Datenspeicher (35) gespeicherten Mustersatzes von Mustersignalverläufen trainiert wird,
    - wobei die trainierte Auswerteeinrichtung (40) auf Basis des Trainings den zweiten Signalverlauf (120) auswertet.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) mittels einer Mustererkennung, insbesondere eines Time-Warping-Algorithmus, insbesondere eines Dynamic-Time-Warping-Algorithmus und/oder FFT-Algorithmus und/oder eine Wavelet-Transformation, insbesondere einer Direct-Wavelet-Transformation, den Mustersignalverlauf dem zweiten Signalverlauf (120) und/oder den zweiten Signalverlauf (120) des Sensorsignals der ersten Referenzcharakteristik (100) zuordnet.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) zur Ermittlung des Drahtbruchs (B) einen selbstlernenden Algorithmus durchführt,
    - wobei der selbstlernende Algorithmus vorzugsweise ein One-Class Support Vector Machine Algorithmus und/oder ein Isolation Forest Algorithmus und/oder ein Decision Tree Algorithmus und/oder ein Histogram-based Outlier Score Algorithmus ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - wobei eine vordefinierte Bezugslänge in dem Datenspeicher (35) abgespeichert ist,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) auf Basis der vordefinierten Bezugslänge jeweils eine Anzahl von Drahtbrüchen (B) pro Bezugslänge in dem zweiten Signalverlauf (120) ermittelt,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) die ermittelte Anzahl von Drahtbrüchen (B) pro Bezugslänge mit einem vordefinierten Maximalschwellenwert (M) vergleicht,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) bei Überschreiten des vordefinierten Maximalschwellenwerts (M) eine Information über eine Ablegereife des Hebeseils (20) an der Datenschnittstelle (45) bereitstellt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - wobei eine vordefinierte Bezugslänge in dem Datenspeicher (35) abgespeichert ist,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) auf Basis der vordefinierten Bezugslänge jeweils eine Anzahl von Drahtbrüchen (B) pro Bezugslänge in dem zweiten Signalverlauf (120) ermittelt,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) ein Maximum (MAX) der ermittelten Anzahl von Drahtbrüchen (B) pro Bezugslänge ermittelt,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) einen minimalen Abstand (c) zwischen dem Maximum (MAX) und einem vordefinierten Maximalschwellenwert (M) ermittelt,
    - wobei auf Basis des minimalen Abstands (c) die Auswerteeinrichtung (40) eine Warninformation und/oder eine Vorhersage über eine bevorstehende Ablegereife des Hebeseils (20) an der Datenschnittstelle (45) bereitstellt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    - wobei in dem Datenspeicher (35) wenigstens eine Schwellenwertcharakteristik mit wenigstens einer Mehrzahl von unterschiedlichen Schwellenwerten abgespeichert ist,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) eine Abweichung (b) zwischen dem zweiten Signalverlauf (120) und der ersten Referenzcharakteristik (100) ermittelt,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) die Abweichung (b) mit der Schwellenwertcharakteristik vergleicht,
    - wobei bei Überschreiten wenigstens eines der Schwellenwerte der Schwellenwertcharakteristik die Auswerteeinrichtung (40) wenigstens die Information über den Drahtbruch (B) verifiziert.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) auf Basis der ersten Referenzcharakteristik (100) eine Hüllkurve ermittelt,
    - wobei auf Basis der Hüllkurve die Auswerteeinrichtung (40) die Schwellenwertcharakteristik ermittelt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
    - wobei die erste Referenzcharakteristik (100) zu Beginn einer Nutzungsaufnahme des Hebeseils (20) dadurch ermittelt wird, dass das Hebeseil (20) vorzugsweise in einem Initialisierungsvorgang vorzugsweise über seine gesamte mögliche Länge an der Sensoreinrichtung (25) vorbeibewegt wird,
    - wobei die Sensoreinrichtung (25) ein erstes Sensorsignal, das eine Wechselwirkung zwischen der Sensoreinrichtung (25) und dem an der Sensoreinrichtung (25) vorbeibewegten Hebeseil (20) charakterisiert, in Abhängigkeit der ersten Seilposition (p1(I)) des Hebeseils (20) erzeugt und über die Datenschnittstelle (45) der Auswerteeinrichtung (40) bereitstellt,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) einen ersten Signalverlauf des Sensorsignals über die erste Seilposition (p1(I)) ermittelt,
    - wobei der erste Signalverlauf als erste Referenzcharakteristik (100) in dem Datenspeicher (35) abgespeichert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10,
    - wobei eine Laufrichtung der an der Sensoreinrichtung (25) vorbeigeführen Seilstrecke (110) des Hebeseils (20) ermittelt wird,
    - wobei in Abhängigkeit von der Laufrichtung der Seilstrecke (110) das zweite Sensorsignal derart weiterverarbeitet wird, dass die erste Referenzcharakteristik (100) und der zweite Signalverlauf bei gleicher Laufrichtung ermittelt sind,
    - wobei insbesondere der zweite Signalverlauf (120) auf Basis der zweiten Seilposition (p2(I)) derart invertiert wird, dass die erste Referenzcharakteristik (100) und der zweite Signalverlauf die gleiche Laufrichtung aufweisen.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - wobei der erste Signalverlauf eine zweite Referenzcharakteristik (125) ausbildet, die zeitlich nach der ersten Referenzcharakteristik (100) ermittelt wird,
    - und/oder
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) für die erste Referenzcharakteristik (100) und den ersten Signalverlauf jeweils Matrixprofile ermittelt,
    - wobei die Auswerteeinrichtung (40) auf Basis der ermittelten Matrixprofile Ähnlichkeiten und/oder Übereinstimmungen zwischen der ersten Referenzcharakteristik (100) und dem ersten Signalverlauf ermittelt.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - wobei das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal geglättet und/oder vorgefiltert wird, bevor das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal ausgewertet wird,
    - wobei insbesondere zum Filtern eine Fast Fourier Transformation und/oder eine Wavelet-Transformation, insbesondere eine Direct-Wavelet-Transformation, und/oder ein Tiefpassfilter angewandt wird,
    - und/oder wobei das erste Sensorsignal und/oder das zweite Sensorsignal mit einem vordefinierten Minimalschwellenwert verglichen wird,
    - wobei der erste Signalverlauf auf Basis des ersten Sensorsignals ermittelt wird, das den vordefinierten Minimalschwellenwert überschreitet,
    - wobei der zweite Signalverlauf auf Basis des zweiten Sensorsignals ermittelt wird, das den vordefinierten Minimalschwellenwert überschreitet.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - wobei das Hebesystem (10) eine Last mit wenigstens 20 t bis einschließlich 10.000 t anhebt,
    - wobei die zweite Seilstrecke beim Heben oder Senken der Last an der Sensoreinrichtung (25) vorbeibewegt wird.
  15. Hebesystem (10) für eine großindustrielle Anlage, insbesondere ein Walzwerk und/oder eine Stranggießmaschine, und/oder einen Warenumschlagplatz
    - wobei das Hebesystem (10) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen,
    - wobei das Hebesystem (10) wenigstens ein Hebeseil (20) aufweist,
    - wobei das Hebesystem (10) eine Tragkraft am Hebeseil (20) von wenigstens 20t aufweist,
    - wobei das Hebesystem (10) weiter vorzugsweise ausgebildet ist, Lasten anzuheben und/oder abzusenken.
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Citations (4)

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