Lift Report

 

Heutzutage sind Aufzüge, die mit einem elektronischen oder mechanischen System zur Vermeidung einer Überlastung des Fahrkorbs ausgerüstet sind, keine Seltenheit mehr. Neue elektronische Systeme auf der Basis von Wägezellen (als Wiegesensoren) verdrängen allmählich das schlechte Image und das Misstrauen, das die ersten mechanischen Gewichtserfassungssysteme hervorgerufen haben. Jahrelang war nur ein „das funktioniert nicht” zu hören, wenn man neue Lastwiegesysteme erwähnte. Aber trotz des allgemeinen Misstrauens war man sich über die Notwendigkeit im Klaren, zuverlässige Systeme zu finden und anzuwenden, um dieses Problem zu lösen.

 

 

Die ersten mechanischen Systeme waren in ihrem Messbereich verstellbare Mikroschalter, die zwischen der Bodenplatte des Fahrkorbs und dem Bügel oder Träger der Seilaufhängung angebracht waren. Der Messbereich war so geregelt, dass bei einem bestimmten Grad der Verformung der Bodenplatte des Fahrkorbs oder der Seilaufhängung auf Grund des Gewichtes (entsprechend einer Überlast) dieser Schalter schloss und ein Signal an die Steuerung schickte. Wenn zusätzlich dazu noch weitere Signale benötigt wurden (wie z. B. „Fahrkorb besetzt“ oder „Anwesenheit einer weiteren Person“) musste zu jedem benötigten Signal noch ein weiterer Schalter installiert werden, mit allen notwendigen Einstellungen.

 

 

 

Wägezellen gibt es nicht erst seit gestern; in der industriellen Welt werden sie schon seit langem installiert, wann immer es notwendig ist, Gewicht und Kraft mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit zu messen.

 

Ihr Arbeitsprinzip basiert auf der Dehnungsmessung und besteht darin, dass Dehnungsmessstreifen (kleine elektrische Widerstände, die ihren Widerstandswert ändern, wenn sie verformt werden) in speziellen Stahlkörpern (Edelstahl oder Legierung) eingebaut werden. Diese Teile werden mit Anschlussleitungen versehen und mit der geeigneten Spannung beaufschlagt und geben dann ein Ausgangsspannungssignal, das linear und proportional zur Verformung des Stahles ist, wenn eine Kraft aufgebracht wird. In unserem Fall ist die aufgebrachte Kraft das Gewicht der Ladung im Fahrkorb.

 

Geometrie und Größe dieser Sensoren hängen vom Ort bzw. der Form ab, wie sie in der Anwendung angeordnet werden, sowie von der maximalen zu messenden Last in kg (Bild 1).

 

 

Die Wägezelle selbst ist ein passives elektrisches Element, dem eine bestimmte Spannung zugeführt wird (normalerweise 10 V Gleichspannung) und das bei der Aufbringung von Kraft ein elektrisches Signal gibt. Dieses elektrische Ausgangssignal hat einen sehr kleinen Wert und muss daher verstärkt werden, bevor es Ausgangsrelais oder andere Geräte aktivieren kann, die mit der Aufzugssteuerung kommunizieren. Aus diesem Grund bestehen Lastwiegesysteme immer aus einem oder mehreren Sensoren (Wägezellen) und einer elektronischen Steuereinheit, die für den Antrieb, die Verstärkung und Umwandlung des Sensorsignals zuständig ist (Bild 2).

 

 

 

Da Aufzugsanlagen unterschiedlich sind und auch nicht dieselbe Präzision oder Anzahl von Ausgangssignalen benötigen, gibt es verschiedene Arten von Sensoren und elektronischen Steuergeräten, um jeden Bedarf zu erfüllen.

 

• Sensor für Stahldrahtseile (ILC3 und LMC): Dieser Sensor hat ein rechteckiges Metallgehäuse, das aus einer Klemme und zwei Zylindern besteht, auf denen die Tragmittel aufliegen, nachdem sie durch die Klemme geführt wurden und die Klemme festgezogen worden ist.

 

• Grundprinzip. Ohne die Sicherheit der Stahlseile zu beeinträchtigen, misst das Gerät die Resultante der Spannungserhöhung im Stahlseil, die proportional zur Gewichtserhöhung im Fahrkorb beim Einstieg von Fahrgästen ist (Bild 3). Der Sensor wird immer im Fahrkorb installiert, in ausreichender Entfernung zur Seilaufhängung, um die Stahlseile nicht zu beschädigen, aber auch nicht zu weit davon entfernt, damit der Sensor nicht die Schachtdecke im letzten Stockwerk berührt.

 

 

• Sensor für Maschinengrundrahmen (CCP): Bei diesem Sensor handelt es sich um eine Stahlscheibe, die mit einem Gummi-Silentblock zur Absorption von Schwingungen ausgestattet ist.

 

• Grundprinzip: Wir haben einen oder zwei der Silentblöcke der Stützfüße des Maschinengrundrahmens des Motors ersetzt, die sich am dichtesten zur vertikalen Bewegungsachse des Fahrkorbs befanden. Da in einem typischen Maschinengrundrahmen mit vier Stützfüßen das Gewicht der gesamten hängenden Massen (Fahrkorb, Maschine, Maschinengrundrahmen, Kabel, Gegengewicht etc.) von diesen vier Füßen getragen wird, können wir jede Gewichtserhöhung des Systems erkennen, wenn wir zwei dieser Füße mit Wägezellen versehen. Da alle vorher genannten Massen bekannt sind, wird diese Gewichtserhöhung durch das Einsteigen von Fahrgästen in den Fahrkorb bedingt.

 

 

• Sensor für den Fahrkorb (CAB): Dieser Sensor besteht aus einer Metallplatte, einer Wägezelle, einem Gummi-Silentblock zur Vermeidung von Schwingungen und einer Spiralschraube mit Muttern und Unterlegscheiben.

 

Normalerweise wird der Sensor in Neuinstallationen eingebaut, da seine Positionierung sehr komplex ist. Die Fahrkorbboden-Silentblöcke werden in den Bügeln durch die Sensoren ersetzt; ihre Zahl hängt von der Größe des Fahrkorbs, des Maximalgewichts und der Anzahl der Auflagepunkte ab. Dieser Sensor ist zwar am kompliziertesten zu installieren, aber er ist auch der präziseste, da wir eine Messung im Fahrkorb durchführen, wo es keinen Einfluss von externen mechanischen Kräften gibt wie z. B. von Führungen oder Ausgleichsketten.

 

 

Weitere Dehnungsmess-Sensoren

 

Die drei oben beschriebenen Sensortypen sind diejenigen - die nach unserer Kenntnis und Erfahrung - das Problem des Messens von Lasten in Aufzügen zufriedenstellender lösen als dies bisher möglich war. Sie hängen zu 80 % bis 90 % von ihrer spezifischen Genauigkeit ab, die gut kontrollierbar ist (Wiederholgenauigkeit, Linearität, Hysterese des Sensors). Es gibt auch Anwendungen, bei denen Sensoren im Träger der Seilaufhängung untergebracht sind, um die Verformung zu messen, die durch das Gewicht im Fahrkorb verursacht wird. Das Problem ist hierbei, dass der Träger, der den Sensor trägt, in seiner Elastizität nicht genau genug kontrollierbar ist, um das Gewicht präzise anzuzeigen, und dass er gleichzeitig auf Grund von Temperaturschwankungen Dehnungen und Kontraktionen unterworfen ist, die schwer zu vermeidende Fehlausrichtungen verursachen. (Bild 6)

 

 

Bei Systemen wird über einen auf den Maschinengrundrahmen geschweißter Stab ein kleiner Prozentsatz des Gewichtes im Fuß des Rahmens zur Wägezelle geleitet, wobei die Abstandsjustierung über eine Stellschraube erfolgt.

 

Hier ist das Problem ganz ähnlich wie im vorigen Fall: der auf den Stab übertragene Gewichtsanteil ist sehr klein, da es keine direkte Messung ist, sondern eine Reaktion des von diesem Fuß getragenen Gewichts auf den mit einer Schraube justierbaren Stab. Dazu kommt noch, dass der Stab bezüglich seiner Elastizität und seinen mit der Zeit schwankenden Dehnungen nicht kontrolliert ist. (Bild 7)

 

 

Elektronische Steuergeräte

 

Das elektronische Steuergerät verstärkt das von den Sensoren gesandte Signal und gibt der Steuerung die notwendigen Informationen abhängig von der im Fahrkorb registrierten Last. Normalerweise wird die Verbindung mit der Steuerung mit Hilfe von Relais hergestellt, die mit potenzialfreien Wechselrichterkontakten ausgestattet sind. Die Steuergeräte haben üblicherweise drei Ausgangsrelais, die jeweils einer bestimmten Lastebene im Fahrkorb zugewiesen sind: Anwesenheit, Vollbesetzt, Überlast. Es gibt jedoch im Markt auch Steuergeräte mit mehr als drei Ausgangsrelais, um weitere Informationsebenen für die Steuerung zu haben (in VVVF-Systemen ist es hilfreich, die Last in der Kabine zu kennen, um den Wirkungsgrad der Maschine zu optimieren). Es gibt zwei Arten von elektronischen Anlagen:

 

• Analoges Steuergerät (die alte LM3): Das analoge Steuergerät wird zur Einstellung des Nullpunktes und jeder der Betätigungsebenen von Präzisionspotentiometern verwendet. Wenn das System, bei dem es sich um einen Stahldrahtseil-Sensor, einen Maschinengrundrahmen-Sensor oder einen Fahrkorb-Sensor handeln kann - installiert wird, registriert das elektronische Steuergerät einen vorbestimmten Signalpegel auf Grund des Gewichtes des Fahrkorbs im Stahldrahtseil-Sensor oder dem System Fahrkorb - Gegengewicht - Maschinengrundrahmen - Motor beim Maschinengrundrahmen-Sensor, oder des Kabinenbodens im Fahrkorb-Sensor. Genau in diesem Moment müssen wir das Gerät kalibrieren, um einen Nullpunkt festzulegen und von da an nur noch die von den Fahrgästen erzeugten Gewichtserhöhungen zu melden. Wenn der Nullpunkt kalibriert ist, werden die verschiedenen Ebenen der Relais mit ihren jeweiligen Potentiometern eingestellt.

 

Die Analog-Steuergeräte haben mehrere Nachteile. Zum Beispiel gibt es gelegentlich Probleme bei der Einstellung, da der Installateur schrittweise Gewicht in den Fahrkorb bringen muss, bis jedes der Ausgangsrelais eingestellt ist, wenn es kein System gibt, mit dem das Signal verglichen werden kann, zum Beispiel Voltmesser. Ein weiteres Problem ist das Vorhandensein der Ausgleichskette. Wenn Stahldrahtseilsensoren oder Maschinengrundrahmen-Sensoren verwendet werden, registrieren diese auch eine Gewichtserhöhung abhängig vom Stockwerk, in dem sie sich befinden; diese Erhöhung wird nicht nur durch die Fahrgäste, sondern auch durch die Ausgleichskette verursacht. Da Analog-Steuergeräte nicht „intelligent“ sind, verstärken sie alle vom Sensor erfassten Signale, sodass die durch die Kette verursachte Gewichtserhöhung zwischen dem höchsten und untersten Stockwerk dem Gewicht eines in den Fahrkorb eingetretenen Fahrgastes entsprechen kann.

 

• Digitale Steuergeräte oder Mikroprozessoren (LM3D und LM6D): Diese Steuergeräte basieren auf Mikroprozessoren und sind für die Einstellung des Nullpunktes und der Ausgangsebenen der Relais, Tasten und Anzeigen mit interaktiven Programmiermenüs ausgerüstet.

 

Es wird auch eine Software angeboten, die speziell entwickelt wurde, um die durch die Ausgleichskette hervorgerufene Gewichtserhöhung auszugleichen. Außerdem sind Optionen wie ein Analog 0-20mA-Ausgang und ein RS485-Kommunikationsport erhältlich.

 

 

Elektronische Systeme auf der Grundlage der Dehnungsmessung sind nicht nur präzise und zuverlässig, sondern bieten auch noch andere Möglichkeiten. Zusätzliche Signale für „besetzt“ und „Präsenz“ im Fahrkorb bieten enorme Verbesserungen in der Optimierung des Verkehrs von selektiven Steuerungen oder Gruppen mit gemeinsamer Steuerung. Häufig werden auch VVVF-Steuerungen für den Antrieb der Maschine eingebaut. Gewichtskontrollsysteme mit den notwendigen Ausgangssignalen zur Anpassung der Steuerung, wie kontinuierliche 0-20mA-Signale oder Protokolle von Software wie RS485 oder RS232, machen sie zu einem wichtigen Werkzeug, um eine Informationsschleife zwischen der an die Maschine gespeisten Energie und der Last im Fahrkorb herzustellen, und das nicht nur bei Höchstgeschwindigkeit, sondern auch bei Beschleunigung oder Verzögerung.