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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Kette in einem
Antriebssystem.
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Antriebssysteme
mit Ketten werden in unterschiedlichsten industriellen Applikationen
eingesetzt, wobei derartige Systeme insbesondere zum Transport von
Gegenständen
eingesetzt werden.
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Als
Beispiel für
derartige Systeme sind insbesondere Folien-Reckanlagen 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.
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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.
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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.
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Aus
der
DE 102 33 815
C1 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.
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Aus
der
DE 195 43 457
C1 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.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen,
mit welchem eine umfangreiche und genaue Analyse einer Kette eines
Antriebssystems durchführbar
ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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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.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird eine detaillierte Prozessbeobachtung und darauf basierend auch
eine Prozessoptimierung eines Antriebssystems mit einer Kette ermöglicht.
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Insbesondere
kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Verschleiß der
Kette des Antriebssystems bestimmt werden. Generell kann mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren
eine genaue Schadensdiagnose für
das Antriebssystem durchgeführt
werden.
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Durch
die rechtzeitige Verschleißerkennung mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
können Schäden an der
Kette rechtzeitig erkannt werden, wodurch ungewollte Stillstandszeiten
des Antriebssystems vermieden werden können.
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Weiterhin
können
anhand der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ermittelten Messwerte Service- und Wartungsintervalle für das Antriebssystem
optimiert werden.
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Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass mit diesem zeit- und ortsaufgelöste Informationen über den
Zustand der Kette, insbesondere über
deren Verschleiß erhalten
werden, wodurch eine detaillierte Prozessbeobachtung ermöglicht wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Kette des Antriebssystems ist periodisch umlaufend ausgebildet.
Dabei sind die einzelnen Kettenglieder vorzugsweise durch Kennungen
gekennzeichnet und somit eindeutig identifizierbar.
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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 Kenngrößen für das Antriebssystem
erhalten, die für
die Diagnose des Antriebssystems hilfreich sind.
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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.
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Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Schematische Darstellung einer Folien-Reckanlage.
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2:
Schematische Darstellung einer Kluppe für die Folien-Reckanlage gemäß 1.
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3:
Schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Kette der Folien-Reckanlage
gemäß 1 mit
diesen zugeordneten Sensoren.
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4:
Weg-Zeit-Diagramm für
die Auswertung der Sensorsignale der Sensoren gemäß 2.
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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 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.
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Wie
aus 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.
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Am
Eingang der Folien-Reckanlage 1 werden die Kluppen 3 zur
Fixierung der Folie 2 automatisch geschlossen.
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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.
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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.
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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.
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3 zeigt
schematisch einen Ausschnitt einer Kette 4 für ein Antriebssystem
der Folien-Reckanlage 1 gemäß 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 2 dargestellten Kluppen 3 angebracht,
wobei diese der Übersichtlichkeit
halber in 3 nicht separat dargestellt
sind. Im vorliegenden Fall ist an jedem zweiten Kettenglied 4a eine
Kluppe 3 angeordnet.
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Auf
die Kette 4 wirken während
des Transports durch die Folien-Reckanlage 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.
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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.
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Die
Abstandsmessung kann prinzipiell mit einem induktiven oder kapazitiven
Sensorsystem durchgeführt
werden. Im vorliegenden Fall ist ein optisches Sensorsystem vorgesehen.
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Das
Sensorsystem umfasst im vorliegenden Fall zwei Sensoren 8a, 8b,
beispielsweise zwei identisch ausgebildete Reflexionslichttaster,
die in einem Abstand d0 zueinander angeordnet
sind, der zumindest näherungsweise
dem doppelten Abstand zweier Kettenglieder 4a, d. h. zweier
Bolzen 4b entspricht. Generell entspricht der Abstand d0 dem 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.
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Da
der Abstand d0 der 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.
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Das
Weg-Zeit-Diagramm einer solchen Messung ist in 4 schematisch
dargestellt. Ein Sensor 8a ist an einer Messstelle S1 angeordnet, der zweite Sensor 8b an
einer um den Abstand d0 hierzu 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.
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Zum
Zeitpunkt t
1 gelangt ein Bolzen
4b an die
Messstelle S
1 des ersten Sensors
8a,
so dass dieser die Markierung
9 des Bolzens
4b erfasst.
Zu diesem Zeitpunkt beträgt
die Geschwindigkeit der Kette
4 v
1.
Da der Abstand d
0 näherungsweise dem doppelten
Abstand zweier benachbarter Bolzen
4b entspricht, wird
der bezüglich
des bei S
1 erfassten Bolzens
4b übernächste Bolzen
4b zu
einer Zeit t
2 an der Messstelle S
2 vom Sensor
8b erfasst, welche
kurz auf die Messzeit t
1 folgt. Bei der
Messung an der Messstelle S
2 zur Zeit t
2 beträgt
die Geschwindigkeit der Kette
4 v
2,
Aus den beiden ermittelten Messwerten mit den Sensoren
8a,
8b ergibt
sich der Abstand d
0 der dabei erfassten
Bolzen
4b gemäß der folgenden
Beziehung
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Näherungsweise
kann für
die Geschwindigkeit der Kette 4 die Geschwindigkeit v2 gewählt
werden, die aus der Laufzeit eines Bolzens 4b von der Messstelle
S1 nach S2 ermittelt
werden kann. Da durch die Wahl von d0 als
näherungsweise
ganzzahligem Vielfachen der Abstände
zweier Bolzen 4b gewählt
wurde, ist das Zeitintervall zwischen t1 und
t2 entsprechend kurz und der Fehler bei
Integration über
den nicht exakt ermittelten zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit
entsprechend gering.
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Damit
wird mit der in 3 dargestellten Sensoranordnung
eine genaue Ermittlung des Abstandes benachbarter Kettenglieder 4a ermöglicht.
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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.
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Die
mit dem Sensorsystem ermittelten Messwerte in Form von Abstandswerten
liefern ein Maß für die in
den einzelnen Kettengliedern 4a auftretenden Längskräfte.
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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 dieser Kennungen können
den einzelnen Kettengliedern 4a die für diese ermittelten Kräfte zugewiesen
werden.
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Generell
können
die Kennungen derart ausgebildet sein, dass alle Kettenglieder 4a oder
Kluppen 3 jeweils eine Identifikationsnummer aufweisen, die
mit einem Identifikationssystem ausgelesen werden können. Alternativ
kann nur eine Kluppe 3 oder ein Kettenglied 4a mit
einer Kennung versehen sein, wobei ausgehend von diesem Element
alle weiteren Kluppen 3 oder Kettenglieder 4a inkrementell
gezählt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Schließlich können auch
zu verschiedenen Zeiten ermittelte Messwerte für eine Kette 4 in
einem Antriebssystem miteinander verglichen werden.
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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.
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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.
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Durch
die Differenzbildung der Messwerte dieser Sensorsysteme können Änderungen
der Kräfte
in der Kette 4 zwischen den jeweiligen Messstellen bestimmt
werden.
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- 1
- Folien-Reckanlage
- 2
- Folie
- 3
- Kluppe
- 3a
- Kluppenkörper
- 3b
- Greifer
- 4
- Kette
- 4a
- Kettenglied
- 4b
- Bolzen
- 5
- Kettenrad
- 6
- Umlenkrad
- 7
- Führungsschiene
- 8a
- Sensor
- 8b
- Sensor
- 9
- Markierung