Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose einer Kette in einem Antriebssystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Kette in einem Antriebssystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Diagnose einer Kette in einem Antriebssystems nach dem Oberbegriff des Anspruches 21.
Antriebssysteme mit Ketten werden in unterschiedlichsten industriellen Applikationen eingesetzt, wobei derartige Systeme insbesondere zum Transport von Gegenständen eingesetzt werden.
Als Beispiel für derartige Systeme sind insbesondere FolienReckanlagen zu nennen, die zur Herstellung von Kunststoff-Folien dienen.
Die zu bearbeitenden Folien werden an ihren längsseitigen Rändern mit Kluppen gehalten, wobei diese an periodisch umlaufenden Ketten befestigt sind.
Weitere Beispiele für den Einsatz von Antriebssystemen mit Ketten sind Förder- und Transportsysteme wie Fliessbänder oder dergleichen, die insbesondere auch in schwer zugänglichen Bereichen eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Förderanlagen im Bereich der Getränkeindustrie.
Generell besteht eine wesentliche Anforderung an derartige Antriebssysteme darin, dass diese eine hohe Verfügbarkeit aufweisen, das heisst dass Standzeiten aufgrund von Reparaturen und Wartungsarbeiten möglichst gering gehalten werden.
Aus der DE 102 33 815 Cl ist ein Verfahren zur Überwachung des Verschleisses einer Motorsteuerkette in einem Kraftfahrzeug bekannt.
Bei diesem Verfahren wird die Längung der Motorsteuerkette als Mass für deren Verschleiss durch Bestimmung der Gesamtdrehwinkel der Nockenwellen einer Brennkraftmaschine auf indirektem Weg bestimmt.
Aus der DE 195 03457 Cl ist ein weiteres Verfahren zur Überwachung des Verschleisses einer Motorsteuerkette in einem Kraftfahrzeug bekannt. Bei diesem Verfahren werden Markierungen an Kettenrädern, an welchen die Motorsteuerkette umläuft, angebracht und mit Sensoren abgetastet. Aus den Sensorsignalen werden die Phasenlagen der Kettenräder als Mass für den Verschleiss der Kette ermittelt.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Diagnose einer Kette, insbesondere zur Erfassung des Kettenverschleisses unter der Beanspruchung der Kette ist grundsätzlich aus der US 5,563,302 A bekannt geworden.
Verwendet wird dazu ein erster und ein zweiter Sensor, die in Umlaufrichtung der Kette versetzt zueinander angeordnet sind. Mittels des ersten und zweiten Sensors können Signale generiert werden, und zwar in Abhängigkeit davon, ob hintereinander folgende Kettenglieder an dem betreffenden Sensor gerade vorbeilaufen oder nicht. Aus dem sich daraus ergebenden Zeitintervall lässt sich letztlich der Abstand der entsprechenden Kettenglieder und damit ein Mass für die Beanspruchung bzw. Abnützung der Kette ermitteln.
Ein diesem Verfahren weitgehend ähnliches Verfahren ist auch aus der US 5,291,131 A bekannt.
Gemäss dieser Vorveröffentlichung wird vorgeschlagen bei einem umlaufenden Trumen, Förderband, oder einer umlaufenden Kette ein Paar von charakteristi sehen, erfassbaren Marken vorzusehen, die an einem Paar von in Längsrichtung der Fördereinrichtung versetzt zueinander angeordneten Sensoren vorbeilaufen. Auch hierdurch kann jeweils ein Zeitsignal bezüglich des Paares von Markierungen durch die Sensoreinrichtung erfasst werden, welches letztlich auch als Mass für den unterschiedlichen Abstand des auf der Fördereinrichtung vorgesehenen Paars von Markierungen und damit ein Mass für die Abnutzung oder allgemein den Zustand der Kette ist.
Gemäss der Vorveröffentlichung WO 03/093 783 AI ist es bekannt zur Beanspruchung und zur Abnutzung einer Förderanlage zumindest drei Sensoren vorzusehen, welche benachbart zu einer Transportkette angeordnet werden.
Die zumindest drei Sensoren sind dabei so angeordnet, dass jeweils eine Abstandsmessung senkrecht zu einem Kettenglied vorgenommen werden kann, um letztlich hierauf basierend Informationen über die Abnutzung des Transportsystems zu erhalten.
Aus der DE 30 05 780 AI ist ein Verfahren zur Messung des Spannungszustandes von endlosen Antriebsmitteln während des Betriebes als bekannt zu entnehmen, wobei bei derartigen endlosen Antriebsmitteln wie insbesondere Gurten, Riemen, Ketten, Seilen und dergleichen während des Betriebes zwei in Umlaufrichtung versetzt zueinander liegende, getrennte Markierungen aufgetragen werden, die über vorzugsweise zumindest einen Fühler während des Vorbeilaufens erfasst und daraus der zeitliche Abstand zur Bestimmung des Kettenzustandes ermittelt wird.
Bevorzugt werden jedoch zwei versetzt zueinander angeordnete Fühler verwendet.
Weitere Verfahren und Vorteile sind grundsätzlich auch aus der DE 28 32 410 C2, der US 4,413,513 sowie der GB 1 328 503 als bekannt zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber dem gattungsbildenden Stand der Technik verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen, worüber eine umfangreiche und genaue Analyse einer Kette eines Antriebssystems durchführbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss bezüglich des Verfahrens entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich der Vorrichtung entsprechend den im Anspruch 21 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wird zur Diagnose einer Kette in einem Antriebssystem mittels wenigstens eines Sensorsystems der Abstand zweier Kettenglieder als Mass für die Längskraft in der Kette und den Zustand der Kette ermittelt.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine detaillierte Prozessbeobachtung und darauf basierend auch eine Prozessoptimierung eines Antriebssystems mit einer Kette ermöglicht.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren bzw. der erfindungsgemässen Vorrichtung lässt sich aber nicht nur der Verschleiss der Kette des Antriebssystems im allgemeinen bestimmen. Vielmehr kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren eine genaue Schadensdiagnose für das Antriebssystem bezüglich einzelner Stellen des Antriebssystems, d.h. bezüglich einzelner Kettenglieder erfolgen.
Mit anderen Worte ist es nunmehr erstmals möglich nicht nur eine generelle Aussage über den Zustand des Antriebssystems in Form einer umlaufenden Kette herzuleiten, sondern dezidierte Aussagen über den Zustand einzelner Kettenglieder zu machen, und dies durch entsprechende Messungen im laufenden Betrieb der Anlage. Erfindungsgemäss ist nämlich vorgesehen, dass die einzelnen Kettenglieder und/oder Transportelemente identifizierbar sind, so dass die bezüglich dieser identifizierbaren Transportelemente oder Kettenglieder gewonnenen Daten bezüglich des Verschleisses des betreffenden Transportelementes und/oder Kettengliedes erfasst werden können.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht also darin, dass mit diesem zeit- und ortsaufgelöste Informationen über den Zustand einzelner Kettenglieder, insbesondere über deren Verschleiss erhalten werden, wodurch eine detaillierte Prozessbeobachtung ermöglicht wird.
Dabei können mittels der erfindungsgemässen Abstandsmessung die in einzelnen Kettengliedern auftretenden Kräfte ermittelt werden, wodurch eine hohe Ortsauflösung des Kräfteverlaufes in der Kette erhalten wird.
Durch die rechtzeitige Verschleisserkennung mittels des erfindungsgemässen Verfahrens können Schäden an der Kette rechtzeitig erkannt werden, wodurch ungewollte Stillstandszeiten des Antriebssystems vermieden werden können.
Weiterhin können anhand der mit dem erfindungsgemässen Verfahren ermittelten Messwerte Service- und Wartungsintervalle für das Antriebssystem optimiert werden.
Die AbStandsmessung kann auf induktivem, kapazitivem oder insbesondere auf optischem Weg erfolgen, wobei die Messungen gegen hierfür geeignete Ziele an der Kette selbst oder an Transportelementen an der Kette erfolgen, welche von entsprechenden, für das Sensorsystem geeigneten charakteristischen Merkmalen gebildet sind.
Die einzelnen identifizierbaren Kettenglieder und/oder Transportelemente sind bevorzugt so ausgebildet, dass alle Kettenglieder oder Kluppen bzw. Transportelemente jeweils eine Identifikationsnummer aufweisen, die mit einem Identifikationssystem ausgelesen werden können.
Alternativ kann aber auch von mehreren Kettengliedern, Kluppen oder Transportelementen nur ein Kettenglied, eine Kluppe oder ein Transportelement mit einer Kennung versehen sein, wobei ausgehend von diesem Element dann weitere Kettenglieder, Kluppen oder Transportelemente inkrementell gezählt werden können.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abstandsmessung mittels zweier Sensoren. Wesentlich hierbei ist, dass diese Sensoren in einem Abstand zueinander angeordnet sind, welcher zumindest näherungsweise dem Abstand zweier Kettenglieder oder Transportelement oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon entspricht.
Die Messungen mit den beiden Sensoren gegen die charakteristischen Merkmale erfolgen daher nahezu synchron, wodurch Messfehler bedingt durch Geschwindigkeitsschwankungen der Kette äusserst gering gehalten werden können.
Die erfindungsgemässe Abstandsmessung wird vorzugsweise mittels einer Referenzmessung kalibriert, wodurch die ermittelten Abstandswerte in Krafteinheiten umgerechnet werden können.
Dabei kann als Referenzmessung insbesondere das Antriebsmoment des Antriebs ermittelt werden.
Weiterhin können zur Fehlerkompensation bei der Bestimmung der Messwerte diese beeinflussende Einflussgrössen, wie zum Beispiel die Temperatur der Kette, messtechnisch erfasst werden, wodurch die Messgenauigkeit des erfindungsgemässen Verfahrens erhöht wird.
Die Kette des Antriebssystems ist periodisch umlaufend ausgebildet.
Durch eine Mittelung der für die einzelnen Kettenglieder erhaltenen Längskräfte über mehrere Perioden kann die Messgenauigkeit erheblich erhöht werden. Weiterhin können die für die einzelnen Kettenglieder durchgeführten Messungen mit entsprechenden Messungen verglichen werden, die zu anderen Zeitpunkten durchgeführt wurden, um daraus beispielsweise das Langzeitverhalten der Kette im Antriebssystem zu ermitteln.
Schliesslich können die für die einzelnen Kettenglieder eines Antriebssystems durchgeführten Messungen mit entsprechenden Messungen verglichen werden, die für gleichartige Antriebssysteme durchgeführt werden. Dadurch werden wertvolle statistische Kenngrossen für das Antriebssystem erhalten, die für die Diagnose des Antriebssystems hilfreich sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist universell einsetzbar für ein breites Spektrum von Antriebssystemen mit Ketten, wobei die Antriebssysteme insbesondere für Transport- und Förderaufgaben einsetzbar sind. Insbesondere kann das erfindungsgemässe Verfahren für Antriebssysteme in Folien-Reckanlagen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1: Schematische Darstellung einer Folien-Reckanlage.
Figur 2: Schematische Darstellung einer Kluppe für die
Folien-Reckanlage gemäss Figur 1.
Figur 3: Schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Kette der Folien-Reckanlage gemäss Figur 1 mit diesen zugeordneten Sensoren.
Figur 4: Weg-Zeit-Diagramm für die Auswertung der Sensorsignale der Sensoren gemäss Figur 2.
Figur 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer Folien-Reckanlage 1 zur Herstellung von dünnen, aus Kunststoff bestehenden Folien 2. Zur Bearbeitung der Folie 2 wird diese in Bahnform mit einer Geschwindigkeit v in einer Förderrichtung , die in Figur 1 mit einem Pfeil gekennzeichnet ist, durch die Folien-Reckanlage 1 geführt und dabei an ihren längsseitigen Rändern an Transportelementen bildenden Kluppen 3 gehalten.
Die Kluppen 3 sitzen jeweils auf einer Kette 4 auf, wobei die Kette 4 Bestandteil eines Antriebssystems ist.
Wie aus Figur 1 ersichtlich weist die Folien-Reckanlage 1 zwei symetrisch ausgebildete Antriebssysteme mit jeweils einer Kette 4 auf, auf welcher die Kluppen 3 angeordnet sind. Jedes Antriebssystem weist ein angetriebenes Kettenrad 5 am Ausgangsbereich der Folien-Reckanlage 1 auf, welches mittels eines nicht dargestellten Antriebs angetrieben wird. Im Eingangsbereich ist ein Umlenkrad 6 zur Umlenkung der Kette 4 vorgesehen. Anstelle des Umlenkrads 6 können auch andere Umlenkmittel vorgesehen sein. Weiterhin können weitere Umlenkmittel zur Umlenkung der Kette 4 vorgesehen sein, um diese längs einer definierten Bahn zu führen.
Die Kette 4 eines Antriebssystems läuft somit auf einer periodischen Bahn um, wobei deren Geschwindigkeit über den Antrieb vorgegeben wird.
Am Eingang der Folien-Reckanlage 1 werden die Kluppen 3 zur Fixierung der Folie 2 automatisch geschlossen.
In dem mit I gekennzeichneten Bereich ist der Abstand der gegenüberliegenden Kluppen 3 des Antriebssystems im Wesentlichen konstant, das heisst die Folie 2 weist eine im Wesentlichen konstante Breite auf. In diesem Bereich erfolgt das Aufheizen der Folie 2 in Vorbereitung des Reckens. Im anschliessenden, mit II gekennzeichneten Bereich der Folien-Reckanlage 1 vergrössern sich die Abstände der gegenüberliegenden Kluppen 3 kontinuierlich.
In diesem Bereich erfolgt ein Recken der Folie 2 in Querrichtung, d.h. senkrecht zur Bewegungsrichtung der Folie 2.
Am Ausgang der Folien-Reckanlage 1 wird die bearbeitete Folie 2 von den Kluppen 3 gelöst und aufgerollt. Hierzu werden am Ausgang der Folien-Reckanlage 1 die Kluppen 3 automatisch geöffnet und laufen geöffnet zum Eingangsbereich der Folien-Reckanlage 1 zurück, um dort von neuem die zu bearbeitende Folie 2 aufzugreifen. Figur 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Kluppe 3 zur Fixierung der Folie 2. Die Kluppe 3 weist einen Kluppenkörper 3a auf, an welchem im vorliegenden Fall am oberen und unteren Ende gabelförmige Führungen vorgesehen sind, die in Führungsschienen 7 laufen.
Weiterhin ist ein am Kluppenkörper 3a ausmündender Greifer 3b zur Fixierung der Folie 2 vorgesehen.
Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Kette 4 für ein Antriebssystem der Folien-Reckanlage 1 gemäss Figur 1. Dabei sind schematisch mehrere identisch ausgebildete Kettenglieder 4a der Kette 4 dargestellt, wobei benachbarte Kettenglieder 4a jeweils mittels eines Bolzens 4b verbunden sind. An dieser Kette 4 werden die in Figur 2 dargestellten Kluppen 3 angebracht, wobei diese der Übersichtlichkeit halber in Figur 3 nicht separat dargestellt sind. Im vorliegenden Fall ist an jedem zweiten Kettenglied 4a eine Kluppe 3 angeordnet.
Auf die Kette 4 wirken während des Transports durch die FolienReckanlage 1 Kräfte ein, wobei diese zum einen von Reibungskräften und zum anderen von Prozesskräften bedingt durch die Fixierung der Folie 2 an den Kluppen 3 gebildet sind.
Zudem treten bei der Beschleunigung der Anlage noch Beschleunigungskräfte auf.
Zur Diagnose der Kette 4, insbesondere zur frühzeitigen Erkennung eines Verschleisses der Kette 4, werden als Mass für die in der Kette 4 auftretenden Längskräfte mittels eines Sensorsystems die Abstände zweier Kettenglieder 4a der Kette 4 bestimmt. Alternativ können die Abstände zweier Kluppen 3 bestimmt werden.
Die Abstandsmessung kann prinzipiell mit einem induktiven oder kapazitiven Sensorsystem durchgeführt werden. Im vorliegenden Fall ist ein optisches Sensorsystem vorgesehen. Das Sensorsystem umfasst im vorliegenden Fall zwei Sensoren 8a, 8b, beispielsweise zwei identisch ausgebildete Reflexionslichttaster, die in einem Abstand d0zueinander angeordnet sind, der zumindest näherungsweise dem doppelten Abstand zweier Kettenglieder 4a, d. h. zweier Bolzen 4b entspricht.
Generell entspricht der Abstand d0dem Abstand zweier Bolzen 4b oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon. Die Sensoren 8a, 8b sind stationär angeordnet, wobei die Kette 4 an diesen vorbeibewegt wird. Mit den Sensoren 8a, 8b werden charakterische Merkmale an den Bolzen 4b erfasst, wobei es sich bei diesen Merkmalen um systemimmanente Merkmale der Bolzen 4b oder Kluppen 3 handeln kann oder um separat aufgebrachte Markierungen 9 oder dergleichen. Im vorliegenden Fall erfolgt die Messung mit den Sensoren 8a, 8b gegen auf die Bolzen 4b aufgebrachte Markierungen 9.
Da der Abstand d0der Sensoren 8a, 8b zumindest näherungsweise dem doppelten Abstand der Bolzen 4b entspricht, werden mit den Sensoren 8a, 8b nahezu zeitgleich die Markierungen 9 am Bolzen 4b gemessen.
Das Weg-Zeit-Diagramm einer solchen Messung ist in Figur 4 schematisch dargestellt.
Ein Sensor 8a ist an einer Messstelle Sxangeordnet, der zweite Sensor 8b an einer um den Abstand d0hierzu versetzten Messstelle S2. Durch den Transport der Kette 4 mit der Geschwindigkeit v, die systembedingt in gewissen Grenzen variieren kann, werden die Bolzen 4b mit den Markierungen 9 an diesen Sensoren 8a, 8b vorbeibewegt.
Zum Zeitpunkt txgelangt ein Bolzen 4b an die Messstelle Sxdes ersten Sensors 8a, so dass dieser die Markierung 9 des Bolzens 4b erfasst. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Geschwindigkeit der Kette 4 vl. Da der Abstand d0näherungsweise dem doppelten Abstand zweier benachbarter Bolzen 4b entspricht, wird der bezüglich des bei S!erfassten Bolzens 4b übernächste Bolzen 4b zu einer Zeit t2an der Messstelle S2vom Sensor 8b erfasst, welche kurz auf die Messzeit t1folgt.
Bei der Messung an der Messstelle S2zur Zeit t2beträgt die Geschwindigkeit der Kette 4 v2.
Aus den beiden ermittelten Messwerten mit den Sensoren 8a, 8b ergibt sich der Abstand d0der dabei erfassten Bolzen 4b gemäss der folgenden Beziehung
<EMI ID=11.1>
Näherungsweise kann für die Geschwindigkeit der Kette 4 die Geschwindigkeit v2gewählt werden, die aus der Laufzeit eines Bolzens 4b von der Messstelle Si nach S2ermittelt werden kann.
Da durch die Wahl von d0als näherungsweise ganzzahligem Vielfachen der Abstände zweier Bolzen 4b gewählt wurde, ist das Zeitintervall zwischen txund t2entsprechend kurz und der Fehler bei Integration über den nicht exakt ermittelten zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit entsprechend gering.
Damit wird mit der in Figur 3 dargestellten Sensoranordnung eine genaue Ermittlung des Abstandes benachbarter Kettenglieder 4a ermöglicht.
Prinzipiell könnte die Abstandsmessung auch mit einem Sensor 8a erfolgen,
wobei in diesem Fall jedoch zusätzlich ein Sensorelement zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Kette 4 benötigt würde .
Die mit dem Sensorsystem ermittelten Messwerte in Form von Abstandswerten liefern ein Mass für die in den einzelnen Kettengliedern 4a auftretenden Längskräfte.
Um zu Diagnosezwecken den Verlauf der Kräfte in der Kette 4 ortsaufgelöst verfolgen und protokollieren zu können, sind die einzelnen Kettenglieder 4a mit Kennungen versehen. Anhand die ser Kennungen können den einzelnen Kettengliedern 4a die für diese ermittelten Kräfte zugewiesen werden.
Die mit dem Sensorsystem ermittelten Messwerte liegen in Form von Abstandswerten vor. Um hieraus Werte für die Längskräfte in der Kette 4 zu erhalten, werden diese mit einer Referenzmessung kalibriert.
Als Referenzmessung kann beispielsweise das Antriebsmoment des jeweiligen Antriebs bestimmt werden.
Hierzu kann der momentbildende Strom im Antrieb erfasst werden. Alternativ kann hierzu ein Drehmomentsensor verwendet werden.
Alternativ kann die Kalibrierung der Messwerte des Sensorsystems mittels der sogenannten Lock- in Technik erfolgen. In diesem Fall erfolgt in vorgegebener Weise die Modulation des Kraftverlaufs in der Kette 4, wobei hierzu die jeweiligen Änderungen der Abstandswerte mit dem Sensorsystem erfasst werden.
Zur Modulation des Kraftverlaufs kann einerseits das Beschleunigungsprofil des Antriebs in vorgegebener Weise moduliert werden.
Alternativ kann die Modulation des Kraftverlaufs mittels einer Kettenspannvorrichtung vorgenommen werden.
Da die Kette 4 eines Antriebssystems die Folien-Reckanlage 1 periodisch umläuft, können die für die einzelnen Kluppen 3 der Kettenglieder 4a ermittelten Längskräfte zur Erhöhung der Massgenauigkeit über mehrere Perioden ermittelt werden.
Weiterhin können die für das rechte und linke Antriebssystem der Folien-Reckanlage 1 erhaltenen Messwerte für die Längskräfte in der jeweiligen Kette 4 miteinander verglichen werden. Zudem können auch entsprechende Messwerte für mehrere gleichartige Folien-Reckanlagen 1 miteinander verglichen werden.
Schliesslich können auch zu verschiedenen Zeiten ermittelte Messwerte für eine Kette 4 in einem Antriebssystem miteinander verglichen werden.
Derartige Vergleichswerte liefern zusätzliche Informationen über das Verschleissverhalten aus Ketten 4 in den Antriebssystemen. Insbesondere sind derartige Vergleichswerte wesentlich für die Diagnostik bei der Inbetriebnahme von Anlagen oder Wiederinbetriebnahme nach Schadensfällen oder nach Wartungsintervallen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist für eine Kette 4 ein Sensorsystem zur Ermittlung der Längskräfte in der Kette 4 vorgesehen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann dahingehend verallgemeinert sein, dass an unterschiedlichen Stellen der Kette 4 mehrere, vorzugsweise identische Sensorsysteme vorgesehen sind.
Durch die Differenzbildung der Messwerte dieser Sensorsysteme können Änderungen der Kräfte in der Kette 4 zwischen den jeweiligen Messstellen bestimmt werden.
Method and device for diagnosing a chain in a drive system
The invention relates to a method for diagnosing a chain in a drive system according to the preamble of claim 1 and to a device for diagnosing a chain in a drive system according to the preamble of claim 21.
Drive systems with chains are used in a wide variety of industrial applications, such systems being used in particular for the transport of objects.
As an example of such systems are particularly FolienReckanlagen to name, which serve for the production of plastic films.
The films to be processed are held at their longitudinal edges with clips, which are attached to periodically circulating chains.
Other examples of the use of drive systems with chains are conveying and transport systems such as conveyor belts or the like, which are used in particular in hard to reach areas. Examples include conveyor systems in the beverage industry.
In general, an essential requirement of such drive systems is that they have a high level of availability, which means that service lives due to repairs and maintenance work are kept as low as possible.
From DE 102 33 815 Cl a method for monitoring the wear of an engine timing chain in a motor vehicle is known.
In this method, the elongation of the engine timing chain is determined as a measure of their wear by determining the total rotational angle of the camshaft of an internal combustion engine in an indirect way.
From DE 195 03457 Cl a further method for monitoring the wear of an engine timing chain in a motor vehicle is known. In this method, markings on sprockets on which the engine timing chain rotates are mounted and scanned with sensors. From the sensor signals, the phase positions of the sprockets are determined as a measure of the wear of the chain.
A method and a device for the automatic diagnosis of a chain, in particular for detecting the chain wear under the stress of the chain has basically become known from US Pat. No. 5,563,302 A.
Used for this purpose are a first and a second sensor, which are arranged offset in the direction of rotation of the chain to each other. Signals can be generated by means of the first and second sensors, depending on whether consecutive chain links are just passing by the respective sensor or not. From the resulting time interval can ultimately determine the distance of the corresponding chain links and thus a measure of the stress or wear of the chain.
A method substantially similar to this method is also known from US 5,291,131 A.
According to this prior publication, it is proposed to provide a pair of characteristic, detectable marks in a circulating run, conveyor belt or circulating chain passing by a pair of sensors offset from one another in the longitudinal direction of the conveyor. This also makes it possible to detect in each case a time signal with respect to the pair of markings by the sensor device, which is ultimately also a measure of the different distance of the pair of markings provided on the conveyor and thus a measure of the wear or, in general, the condition of the chain.
According to the prior publication WO 03/093 783 Al, it is known to provide at least three sensors for the stress and wear of a conveyor system, which are arranged adjacent to a transport chain.
The at least three sensors are arranged so that in each case a distance measurement can be made perpendicular to a chain link in order to ultimately obtain based on this information about the wear of the transport system.
From DE 30 05 780 AI a method for measuring the state of tension of endless drive means during operation is to be taken as known, wherein in such endless drive means such as belts, belts, chains, ropes and the like during operation two offset in the direction of rotation to each other Separate markings are applied, which are detected by preferably at least one sensor during the passage and from the time interval for determining the chain condition is determined.
Preferably, however, two mutually offset sensors are used.
Further methods and advantages can also be taken as a matter of principle from DE 28 32 410 C2, US Pat. No. 4,413,513 and GB 1 328 503.
The object of the present invention is to provide a method which is improved compared to the generic state of the art and an improved device, by means of which a comprehensive and accurate analysis of a chain of a drive system can be carried out.
The object is achieved according to the invention with respect to the method according to the features specified in claim 1 and with respect to the device according to the features specified in claim 21.
Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
According to the method according to the invention, the distance between two chain links as a measure of the longitudinal force in the chain and the condition of the chain is determined for the diagnosis of a chain in a drive system by means of at least one sensor system.
With the method according to the invention, a detailed process observation and, based thereon, a process optimization of a drive system with a chain is made possible.
With the method according to the invention or the device according to the invention, however, not only the wear of the chain of the drive system can be determined in general. Rather, with the method according to the invention, a precise damage diagnosis for the drive system with respect to individual points of the drive system, i. take place with respect to individual chain links.
In other words, it is now possible for the first time not only to derive a general statement about the state of the drive system in the form of a circulating chain, but to make decided statements about the state of individual chain links, and this by appropriate measurements during operation of the system. In accordance with the invention, provision is made for the individual chain links and / or transport elements to be identifiable, so that the data obtained with respect to these identifiable transport elements or chain links can be detected with respect to the wear of the relevant transport element and / or chain link.
An essential advantage of the method according to the invention is therefore that time-resolved and spatially-resolved information about the condition of individual chain links, in particular about their wear, is obtained, which enables a detailed process observation.
In this case, the forces occurring in individual chain links can be determined by means of the inventive distance measurement, whereby a high spatial resolution of the force profile is obtained in the chain.
By timely detection of wear by means of the inventive method damage to the chain can be detected in good time, which unwanted downtime of the drive system can be avoided.
Furthermore, service and maintenance intervals for the drive system can be optimized on the basis of the measured values determined by the method according to the invention.
The distance measurement can be carried out in an inductive, capacitive or, in particular, optical way, the measurements taking place against suitable targets on the chain itself or on transport elements on the chain, which are formed by corresponding characteristic features suitable for the sensor system.
The individual identifiable chain links and / or transport elements are preferably designed so that all chain links or clips or transport elements each have an identification number that can be read out with an identification system.
Alternatively, however, only a chain link, a clip or a transport element may be provided with an identifier of several chain links, clips or transport elements, starting from this element then further chain links, clips or transport elements can be incrementally counted.
In a particularly advantageous embodiment of the invention, the distance measurement by means of two sensors. It is essential here that these sensors are arranged at a distance from each other which at least approximately corresponds to the distance between two chain links or transport element or an integral multiple thereof.
The measurements with the two sensors against the characteristic features therefore take place almost synchronously, as a result of which measurement errors due to fluctuations in the speed of the chain can be kept extremely low.
The distance measurement according to the invention is preferably calibrated by means of a reference measurement, whereby the determined distance values can be converted into units of force.
In this case, in particular the drive torque of the drive can be determined as the reference measurement.
Furthermore, for influencing errors during the determination of the measured values, these influencing influencing variables, such as, for example, the temperature of the chain, can be detected by measurement, whereby the measuring accuracy of the method according to the invention is increased.
The chain of the drive system is periodically formed circumferentially.
By averaging the longitudinal forces obtained for the individual chain links over several periods, the measurement accuracy can be increased considerably. Furthermore, the measurements made for the individual chain links can be compared with corresponding measurements which were carried out at other times in order to determine, for example, the long-term behavior of the chain in the drive system.
Finally, the measurements made for the individual chain links of a drive system can be compared with corresponding measurements made for similar drive systems. This will provide valuable statistical parameters for the drive system that are helpful in diagnosing the drive system.
The inventive method is universally applicable for a wide range of drive systems with chains, the drive systems can be used in particular for transport and conveying tasks. In particular, the method according to the invention can be used for drive systems in film stretching installations.
The invention will be explained below with reference to the drawings.
Show it:
Figure 1: Schematic representation of a film stretching machine.
Figure 2: Schematic representation of a clip for the
Film stretching machine according to FIG. 1.
Figure 3: Schematic representation of a section of a chain of the film stretching unit according to Figure 1 with these associated sensors.
FIG. 4: path-time diagram for the evaluation of the sensor signals of the sensors according to FIG. 2.
FIG. 1 schematically shows the basic structure of a film stretching installation 1 for producing thin films 2 made of plastic. For processing the film 2, it is processed in web form at a speed v in a conveying direction, which is indicated by an arrow in FIG. passed through the film stretching unit 1 and held at its longitudinal edges on transport elements forming clips 3.
The clips 3 each sit on a chain 4, wherein the chain 4 is part of a drive system.
As can be seen from Figure 1, the film stretching unit 1 has two symmetrical drive systems, each with a chain 4, on which the clips 3 are arranged. Each drive system has a driven sprocket 5 at the output region of the film stretching unit 1, which is driven by means of a drive, not shown. In the entrance area, a deflection wheel 6 is provided for deflecting the chain 4. Instead of the deflection wheel 6, other deflection means may be provided. Furthermore, further deflection means can be provided for deflecting the chain 4 in order to guide it along a defined path.
The chain 4 of a drive system thus runs on a periodic path, wherein the speed is predetermined by the drive.
At the entrance of the film stretching unit 1, the clips 3 are automatically closed to fix the film 2.
In the region marked with I, the distance of the opposing clips 3 of the drive system is substantially constant, that is, the film 2 has a substantially constant width. In this area, the heating of the film 2 takes place in preparation for stretching. In the subsequent, marked II area of the film stretching unit 1, the distances between the opposing clips 3 increase continuously.
In this area, the film 2 is stretched transversely, i. perpendicular to the direction of movement of the film. 2
At the exit of the film stretching unit 1, the processed film 2 is released from the clips 3 and rolled up. For this purpose, the clips 3 are automatically opened at the output of the film stretching unit 1 and run open to the input area of the film stretching unit 1 back to pick up there again the film to be processed 2. Figure 2 shows schematically an embodiment of a clip 3 for fixing the film 2. The clip 3 has a clip body 3a, on which fork-shaped guides are provided in the present case at the top and bottom, which run in guide rails 7.
Furthermore, a gripper 3b opening out on the clip body 3a is provided for fixing the film 2.
FIG. 3 schematically shows a section of a chain 4 for a drive system of the film stretching installation 1 according to FIG. 1. In this case, a plurality of identically designed chain links 4a of the chain 4 are shown schematically, wherein adjacent chain links 4a are each connected by means of a bolt 4b. At this chain 4, the clips 3 shown in Figure 2 are attached, which are not shown separately for clarity in Figure 3. In the present case, a clip 3 is arranged on every second chain link 4a.
On the chain 4 act during transport through the FolienReckanlage 1 forces, which are formed on the one hand by frictional forces and on the other by process forces due to the fixation of the film 2 to the clips 3.
In addition, acceleration forces occur during acceleration of the system.
For the diagnosis of the chain 4, in particular for the early detection of wear of the chain 4, the distances of two chain links 4 a of the chain 4 are determined as a measure of the longitudinal forces occurring in the chain 4 by means of a sensor system. Alternatively, the distances between two clips 3 can be determined.
The distance measurement can be carried out in principle with an inductive or capacitive sensor system. In the present case, an optical sensor system is provided. The sensor system comprises in the present case two sensors 8a, 8b, for example, two identically designed reflection light scanners, which are arranged at a distance d0zueinander to each other, at least approximately twice the distance between two chain links 4a, d. H. two bolts 4b corresponds.
In general, the distance d0 corresponds to the distance between two bolts 4b or an integral multiple thereof. The sensors 8a, 8b are arranged stationary, the chain 4 is moved past this. With the sensors 8a, 8b characteristic features are detected on the bolt 4b, these features may be intrinsic features of the bolts 4b or 3 clips or separately applied markings 9 or the like. In the present case, the measurement is carried out with the sensors 8a, 8b against markings 9 applied to the bolts 4b.
Since the distance d0 of the sensors 8a, 8b corresponds at least approximately to twice the distance between the bolts 4b, the markings 9 on the bolt 4b are measured almost simultaneously with the sensors 8a, 8b.
The path-time diagram of such a measurement is shown schematically in FIG.
A sensor 8a is arranged at a measuring point Sx, the second sensor 8b at a measuring point S2 offset by the distance d0. By transporting the chain 4 at the speed v, which can vary within certain limits due to the system, the bolts 4b with the markings 9 are moved past these sensors 8a, 8b.
At the time tx, a bolt 4b arrives at the measuring point Sx of the first sensor 8a so that it detects the marking 9 of the bolt 4b. At this time, the speed of the chain is 4 volts. Since the distance d is approximately twice the distance between two adjacent bolts 4b, the bolt 4b nearest to the bolt 4b detected at S1 is detected by the sensor 8b at a time t2 at the measuring point S2, which is short followed by the measuring time t1.
When measuring at the measuring point S2 at the time t2, the speed of the chain is 4 v2.
From the two determined measured values with the sensors 8a, 8b, the distance d0 of the pins 4b detected in this case results according to the following relationship
<EMI ID = 11.1>
As an approximation, the speed v2 can be selected for the speed of the chain 4, which can be determined from the transit time of a bolt 4b from the measuring point Si to S2.
Since the distances between two bolts 4b were selected by the choice of d0 as approximately integral multiples, the time interval between tx and t2 is correspondingly short and the error in integration over the not exactly determined temporal course of the speed is correspondingly low.
Thus, with the sensor arrangement shown in Figure 3, an accurate determination of the distance between adjacent chain links 4a allows.
In principle, the distance measurement could also be carried out with a sensor 8a,
in which case, however, a sensor element would additionally be required for determining the speed of the chain 4.
The measured values determined by the sensor system in the form of distance values provide a measure of the longitudinal forces occurring in the individual chain links 4a.
In order to be able to track and log the course of the forces in the chain 4 in a spatially resolved manner for diagnostic purposes, the individual chain links 4a are provided with identifiers. On the basis of these identifiers, the individual chain links 4a can be assigned the forces determined for them.
The measured values determined with the sensor system are in the form of distance values. In order to obtain values for the longitudinal forces in the chain 4, these are calibrated with a reference measurement.
As a reference measurement, for example, the drive torque of the respective drive can be determined.
For this purpose, the moment-forming current can be detected in the drive. Alternatively, a torque sensor can be used for this purpose.
Alternatively, the calibration of the measured values of the sensor system can take place by means of the so-called lock-in technique. In this case, the modulation of the force curve in the chain 4 takes place in a predetermined manner, for which purpose the respective changes of the distance values are detected with the sensor system.
For the modulation of the force curve, on the one hand, the acceleration profile of the drive can be modulated in a predetermined manner.
Alternatively, the modulation of the force curve can be made by means of a chain tensioning device.
Since the chain 4 of a drive system rotates the film stretching unit 1 periodically, the longitudinal forces determined for the individual clips 3 of the chain links 4 a can be determined for increasing the dimensional accuracy over a plurality of periods.
Furthermore, the measured values for the longitudinal forces in the respective chain 4 obtained for the right and left drive system of the film stretching installation 1 can be compared with one another. In addition, corresponding measured values for a plurality of similar film stretching units 1 can be compared with one another.
Finally, measured values for a chain 4 in a drive system determined at different times can also be compared with one another.
Such comparison values provide additional information about the wear behavior of chains 4 in the drive systems. In particular, such comparison values are essential for the diagnostics during commissioning of plants or recommissioning after damage cases or after maintenance intervals.
In the exemplary embodiment shown, a sensor system for determining the longitudinal forces in the chain 4 is provided for a chain 4.
The method according to the invention can be generalized to the effect that several, preferably identical sensor systems are provided at different points of the chain 4.
By subtracting the measured values of these sensor systems, changes in the forces in the chain 4 between the respective measuring points can be determined.