Qualitätssicherung bei
Aufzügen durch Ultraschall
Aus: SPEKTRUM der Gebäudetechnik
von Sven Koller, Georg Krattiger
Die Anforderungen der Kunden
an die Aufzugsanlagen sind die folgenden: Grundsätzlich wünscht der Kunde, einen Aufzug,
der einfach bedienbar ist und gefahrlos benutzt werden kann. Ferner sollte er
störungsfrei laufen, ständig verfügbar sein und einen kostengünstigen Betrieb
gewährleisten.
Betriebssituation und
Betriebssicherheit bei Aufzügen
Betriebssituation in der Schweiz
Bei den Aufzügen
sehen die Verhältnisse wie folgt aus:
- In der
Schweiz sind rund 150'000 Auf züge in Betrieb.
- Das Durchschnittsalter dieser Aufzüge beträgt zirka 30 Jahre.
- Ein Aufzug macht je nach Auslastung in 30 Jahren zirka drei Millionen Fahrten.
Diese Verhältnisse zeigen, dass infolge des relativ hohen Anlagealters und der hohen
Belastung der Aufzüge die Wahrscheinlichkeit von Materialermüdungen, wie zum Beispiel
Brüche bei Antriebswellen, in vermehrtem Masse auftreten können.
Massnahmen zur
Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit
Die Anforderungen der Kunden und die Betriebssicherheit werden von den Aufzugsbetreuern
sehr ernst genommen.
An den Aufzugsanlagen werden deshalb in regelmässigen Zeitabständen gewissenhaft
Inspektions- und Wartungsarbeiten gemäss der europäischen Norm EN 81
durchgeführt.
Um die Betriebssicherheit noch weiter zu erhöhen, sind bei zunehmendem Alter der
Aufzugsanlagen zusätzlich auch Maerialprüfungen notwendig.
Qualitätssicherung mit
Hilfe von Ultraschallprüfungen
Mit zunehmendem Alter der Aufzugsanlagen und der stetig steigenden Anzahl von Lastwechseln
steigt auch die Gefahr eines Materialermüdungsbruches an der Aufzugswelle infolge eines
Materialfeh lers, eines Konstruktionsfehlers oder infolge Überbelastung.
Diese Problematik und die möglichen Unfallfolgen sind wohl kaum jemandem bewusst.
Trotzdem ist dies ein sehr wichtiges Thema, mit dem sich die Verantwortlichen für die
Instandhaltung von Aufzügen unbedingt befassen müssen. Über die Konsequenzen sollten
aber auch die Kunden informiert sein.
Aufzugstechnik, Bruch
einer Aufzugswelle
- Um eine energiewirtschaftliche Nutzung der Anlage zu ermöglichen, hat der normale
Seilaufzug ein Gegengewicht, welches das Kabinengewicht und etwa 50 % der Nutzlast
kompensiert.
- Man geht davon aus, dass in der Praxis weit über 50 % der Aufzugsbewegungen Leerfahrten
sind.
- Die Lastverhältnisse eines normalen Seilaufzuges bewirken, dass bei einem Bruch der
Antriebswelle die leere Kabine des Aufzuges nach oben beschleunigt wird.
- Sicherheitseinrichtungen, wie zum Beispiel Fangvorrichtungen, verhindern zwar das
Abstürzen der Kabine, jedoch nicht die unkontrollierte Aufwärtsbewegung.
Trotz geringer Reibungswiderstände erreicht der Aufzug durch die Differenz der
Massenträgheit zwischen der Kabine und des Gegengewichtes auch bei kürzeren
Aufzugsschächten eine beachtliche Geschwindigkeit, was die Normalgeschwindigkeit um ein
Vielfaches übertreffen kann.
- Entsteht an einer Aufzugswelle ein Materialriss, pflanzt sich dieser infolge der
ständig wechselnden Beanspruchungen (Leerfahrt oder volleAuslastung) über eine längere
Zeit fort und bewirkt schliesslich einen Wellenbruch.
Die Folgen eines derartigen Unfalles sind dann oft ein Totalverlust der Anlage, Iängere
Betriebsausfälle und die Verletzung von Personen im beträchtlichem Umfang.
Um solchen Unfällen vorzubeugen, sind periodische Materialprüfungen notwendig. Diese
Prüfungen sind auch für eine langfristige Instandhaltung sehr hilfreich.
Vermeidung von
Folgeschäden
Als sinnvolle Lösung bietet sich die zer störungsfreie Prüfung der Aufzugswellen mit
Ultraschall an.
Die Konstruktion der Aufzugsgetriebe ermöglicht ohne weiteres eine Materialüberprüfung
der Aufzugswelle mit Hilfe der UItraschallprüfmethode.
Dabei bestimmt der Aufzugsmonteur entsprechend der Dimensionierung der zu prüfenden Welle
den Einschallwinkel und den Messort.
Anhand des auf dem Ultraschall-Messgerät ersichtlichen Echo-Bildes kann er aufgrund
seiner Erfahrung und dem Vergleich mit früheren Aufnahmen eine Bewertung der geprüften
Antriebswelle vornehmen.
Was versteht man unter
Ultraschall?
Als Ultraschall bezeichnet man den Frequenzbereich, der über dem hörbaren Schall liegt,
nämlich ab 20 kHz bis in den MHz-Bereich.
AUFZUGS-
TECHNIK Ultraschallmesseinrichtung.
Messprinzip der Prüfung mit Ultraschall.
Der Messbereich für die Ultraschallprüfung von Aufzugswellen
liegt bei etwa vier MHz. Dies ist physikalisch bedingt durch:
- die Korngrenzgrösse des zu prüfenden Materials (in der Regel feinkörniger Stahl) und
- durch die aus der Frequenzmessung resultierenden Wellenlänge, abhängig von der
Nachweisgrenze des Reflektors.
Funktionsweise des Ultraschall-Prüfgerätes
Im Ultraschall-Prüfgerät wird ein Spannungsimpuls erzeugt, der im Ultraschall-Prüfkopf
(Wandler) in Ultraschall umgewandelt wird.
Wenn der Prüfkopf an das Werkstück angekoppelt ist, durchläuft der Schall das
Prüfstück, wird an Materialbruchstellen oder an der Rückwand reflektiert und trifft
dann auf den Prüfkopf zurück, wo er wieder in einen Spannungsimpuls umgewandelt wird.
Das Gerät berechnet aus der verstrichenen Zeit und der spezifischen Schallgeschwindigkeit
den Schallweg und stellt diesen auf dem Monitor dar.
Desgleichen wird die Amplitudenhöhe in Bezug zur Schallschwächung des Materials und die
Reflektorgrösse der Ungänze dargestellt.
Anhand der vom Ultraschallgerät ausgeführten Berechnungen macht der Aufzugsmonteur
schliesslich seine Aussage und erstellt für jede Anlage ein reproduzierbares
Prüfprotokoll, welches direkt in die Anlagedokumentationen übernommen werden kann.
Die
Vorzüge der Qualitätskontrolle mit der Ultraschallprüfung
Bei dieser Prüfmethode sind
keine Demontagearbeiten notwendig,
Betriebsunterbrüche kaum
spürbar,
Risse an Aufzugswellen schon im
Ansatz erkennbar.
Diese Prüfmethode
- hat eine hohe Aussagekraft,
- ist mit relativ geringem Kostenaufwand verbunden und
- ermöglicht eine gezielte Instandhaltungsplanung. |
Prüf prot okol l .
Zeitabstände und Zeitaufwand für die Materialprüfung
Zeitabstände der Materialprüfung
Eine Ultraschallprüfung sollte nach heutigen Erkenntnissen nach 25 Betriebsjahren
durchgeführt und dann zirka alle drei Jahre wiederholt werden. Werden Materialrisse
festgestellt, muss festgelegt und entschieden werden, ob der Aufzug ausser Betrieb gesetzt
wird. Zur Feststellung der Veränderungen sollte in kurzen Abständen (periodisch) eine
Ultraschallprüfung durchgeführt werden.
Zeitaufwand
- Die erstmalige Messung inklusive Zustandsbericht und Massnahmenplanung erfordert je nach
Messresultat (Umfang der Materialfehler) einen Zeitaufwand von vier bis fünf Stunden.
- Jede nachfolgende periodische Messung inklusive Messbericht erfordert dann noch einen
Zeitaufwand von zwei bis drei Stunden.
Empfehlungen und Nutzen für den Kunden
Ultraschallprüfungen an Aufzugswellen sollten bei älteren Anlagen unbedingt
durchgeführt werden.
Der Kunde hat dadurch den Nutzen, dass
- die Betriebssicherheit der Aufzüge wesentlich gesteigert wird,
- eine vorbeugende und effiziente Instandhaltung erfolgt,
- Betriebsunterbrüche minimiert werden,
- kostspielige ungeplante Reparaturarbeiten vermieden werden,
- die Wahrscheinlichkeit von schweren Unfällen mit Personenschäden und einem
Totalverlust der Anlage wesentlich niedriger wird.
Dank der Ultraschall-Prüfmethode ist nachher eine
aussagekräftige und umfassende Dokumentation der Anlagenzustände verfügbar. Damit hat
man die Möglichkeit, jederzeit in die Unterlagen Einsicht zu nehmen, Entscheide über die
notwendigen Sanierungsmassnahmen zu treffen und Reparaturarbeiten sinnvoll und effizient
zu planen und auszuführen.
Weitere Informationen:
http://www.gbt.ch
oder durch die Autoren:
Georg Krattiger: georg.krattiger@sn.novartis.com
Sven Koller: sven.koller@sn.novartis.com