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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur zerstörungsfreien
in-situ-Überwachung des Betriebszustandes von Bauteilen
aus Kunststoffen, insbesondere elastomeren Werkstoffen (Gummi),
wobei die Bauteile vorzugsweise als quasi-endlose Riemen, Gurte
oder Bänder ausgebildet sein können und verschiedene
ingenieurtechnische Funktionen ausüben (z. B. Kraftübertragung,
Transport von Schüttgütern, etc.). Ebenso denkbar
sind elastomere Bauteile, die während ihres Einsatzes einer
Schub-, Biege-, Zug- und/oder Druckbelastung ausgesetzt sind, wobei
diese eine Verformung der Bauteile bewirken.
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Elastomere
besitzen aufgrund ihrer makromolekularen Struktur (Hochpolymere)
sowie einer weitmaschigen Vernetzung ihrer Molekularketten einen
sehr spezifischen, von den metallischen Werkstoffen unterschiedlichen
Spannungs/Verformungs-Mechanismus. Sie zeigen beispielsweise thermodynamisch
entropieelastisches Verhalten, d. h. dass bei einer Verformung unter
Dehnung der geknäulten Kettenmoleküle der statistisch
wahrscheinliche Anordnungszustand dieser abnimmt, jedoch ein höherer
Ordnungszustand erreicht wird (unwahrscheinlicher Zustand mit abnehmender
Entropie). Nach der Verformung sind die Makromoleküle bestrebt,
den Anfangszustand idealer statistischer Unordnung mit maximaler
Entropie wieder einzunehmen. Polymerwerkstoffe wie Elastomere sind
viskoelastische Stoffe, d. h. dass der Verformungsvorgang sowohl
durch elastische als auch viskose Verformungen geprägt
ist.
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Bei
rein elastischer Verformung wird die gespeicherte Energie nach der
Entlastung wieder abgegeben, viskose Deformationen hingegen bewirken eine
Umwandlung der Verformungsenergie in Wärme. Diese viskosen
Anteile bewirken eine starke Zeit-, Temperatur-, Frequenz- und Amplitudenabhängigkeit
der die Verformung charakterisierenden Stoffdaten.
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Je
nach Beanspruchung der Bauteile machen sich diese Abhängigkeiten
in verschiedenen Materialeffekten deutlich. Elastomere zeigen unter definierten
Belastungen, ob statisch, quasistatisch oder dynamisch aufgebracht,
Erscheinungen der Spannungsabnahme bei konstanter Verformung (Relaxation)
oder eine Verformungszunahme bei konstanter Spannung (Fließen
oder Kriechen; Retardation), d. h. dass bei mehrmaliger Deformation
ein immer größerer Weg zu absolvieren ist, um
die gleiche Kraft zu erzielen. Dynamische Beanspruchungen machen
sich ebenso in Spannungserweichungen oder frequenz- und/oder amplitudenabhängigen
Modulabweichungen bemerkbar. Diese besonderen Gesetzmäßigkeiten
gilt es zu beachten, wenn das Betriebsverhalten von elastomeren
Bauteilen unter praxisgerechten Beanspruchungen überwacht
werden soll.
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Andererseits
bietet dieses charakteristische Materialverhalten auch die Möglichkeit,
Abweichungen des für jedes Bauteil typischen Spannungs/Verformungs-Verhaltens
aufzuzeichnen und Normalzustände mit abweichenden Zuständen
zu vergleichen. Die Definition der Abweichung bzw. des Erreichens einer
sogenannten Schadensgrenze setzt die Kenntnis des unter den Betriebsbedingungen
als Werkstoff- und bauteilgerecht, d. h. normal ablaufenden Prozesses
voraus. Dabei sind sowohl kontinuumsmechanische als auch in erster
Linie bruchmechanische Gesetzmäßigkeiten zu beachten.
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Eine
Betriebsfestigkeits- bzw. Lebensdauerprognose aufzustellen, setzt
eine langjährige Betriebserfahrung sowie ein fachspezifisches
Knowhow sowohl des Komponenten-Lieferanten als auch des Anlagenbetreibers
voraus und ist Aufgabe des technischen Fachpersonals z. B. einer
Gurtförderanlage, welches mit der Bedienung, Betreuung,
Instandhaltung und Wartung betraut ist. Gurtförderer sind
wesentliche technische Hilfsmittel zur Gewinnung und zum Transport
von Schüttgütern. Sie werden u. a. in der Kohle-,
Erz- und Mineralstoffindustrie eingesetzt und finden sowohl im Bergwerk
unter Tage als auch im Tagebaubetrieb über Tage eine immer
größer werdende Verwendung. Neben der Konstruktion
der Förderanlagen sowie deren wichtigsten Maschinenelementen
wie Antrieben, Kupplungen, Bremsen, Trag-Antriebs-, Umlenk-, Spannungs-
und Knickrollen bzw. -trommeln gehört der zur Aufnahme
der Schüttgüter vorgesehene Fördergurt
zu den Anlagenkomponenten, die im besonderen Interesse aller Instandhaltungsbestrebungen
stehen, da sie sich im direkten Kontakt zum oftmals stark abrasiven
Schüttgut befinden und somit besonderem Verschleiß ausgesetzt
sind.
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Je
nach fördertechnischer Anforderung kommen Fördergurte
als Stahlseil-, Textil- oder Aramidfaser-Fördergurte zum
Einsatz. Zum Zwecke der Verstärkung der elastomeren Materialkomponente
mit der Zielstellung der Gewährleistung und Einhaltung höchster
Materialfestigkeitswerte sowie der Erfüllung maximierter
Betriebsanforderungen bei erstrebter längstmöglicher
Betriebseinsatzdauer sind diese mit Stahlseilen, Textilien oder
Fasern derart versehen, dass sie in Hauptbeanspruchungs-(Transport-)Richtung
höchsten Belastungen Widerstand entgegenzusetzen in der
Lage sind.
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Fördergurte
sind anlagenspezifisch so ausgebildet, dass sie einen endlosen Umlauf
entlang der projektierten Förder- bzw. Transportstrecke
absolvieren können. Der Endlos-Verschluss wird dadurch realisiert,
dass zwei Endstücke mittels spezieller Verbindungsverfahren
verbunden sind. Diese Technik wird auch zur partiellen Erneuerung
des Fördergurtes durch Austausch verschlissener Teilstücke
mit Neuteilen oder regenerierten Gurtsegmenten eingesetzt.
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Da
in diesem Fall die direkte Verbindung der Verstärkungsmaterialien
unterbrochen bzw. geschwächt ist, verdient diese Verbindungssektion
besondere Aufmerksamkeit bei betriebsfestigkeitsbedingten Inspektionen.
Durch besondere Überlappungstechniken der Verstärkungselemente
wird erreicht, dass sich die Übertragungs- bzw. Gurtkraft
in das andere, zu verbindende Element einleiten lässt, wobei
das dazwischengelagerte elastomere Material auf Schub beansprucht
wird. Somit ist das Langzeit-Spannungsverformungsverhalten der beteiligten Elastomerschichten
für die Erreichung einer hohen Betriebsfestigkeit bzw.
Lebensdauer der Fördergurte maßgebend. Dies trifft
auch zu, wenn durch Beschädigung der Verstärkungslagen
(Riss, Durchschlag, Bruch) deren Wirkung aufgehoben oder eingeschränkt
ist und die elastomeren Schichten erhöhten Beanspruchungen
ausgesetzt sind. Es nimmt nicht Wunder, dass es in der Vergangenheit
viele Versuche gegeben hat, durch eine Vielzahl von Überwachungstechniken
das Versagen das Fördergurtes, insbesondere jedoch der
Verbindung als eine der kritischen Bauteilregionen vorauszubestimmen
und damit einen Störfall bzw. einen Anlagenstillstand mit weitreichenden
volks- und betriebswirtschaftlich negativen Folgen zu vermeiden.
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Neben
den üblicherweise stark subjektiv beeinflussbaren manuellen
Kontrollen an besagten Förderanlagen, die aus verschiedenen
betriebswirtschaftlichen Gründen nicht permanent zu gewährleisten
sind, haben sich insbesondere technische Lösungsansätze
durchgesetzt, die immer mehr neue Erkenntnisse der Elektronik, Sensorik
und Datenverarbeitung nutzen. Von Vorteil ist, dass sich infolge
der Bandbeobachtungen die Möglichkeit eröffnet
hat, die typischen Schadensbilder und -phänomene statistisch
zu erfassen und in Form eines kausalen Ursachen-Wirkungs-Zusammenhanges
darzustellen. Es muss dabei zwischen Schäden unterschieden
werden, die durch eventuelle Material- oder Fertigungsfehler a priori
bedingt oder prozessabhängig initiiert oder a posteriori
als Folge von Überlastungen auftreten.
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Prozessbedingt
sind Deckplattenschäden (Durchschläge, Risse)
des Fördergurtes, insbesondere an der Trag- und Laufseite
durch Verschleiß (impact wear), Abrasion (abrasion wear),
Reibung (adhesive wear), Erosion (erosional wear) und Ermüdung
(fatigue wear) sowie deren Kombinationen (combined wear) als Reduktion
oder havarieähnliche Störungen festzustellen.
Dies trifft auch für sogenannte Kantenschäden
zu. Ablösung von Materialschichten hat oft ihre Ursache
in Werkstoff- und fertigungs- bzw. montagebedingten Prozessen und
führen immer zu Schwächungen des Gurtmaterials und/oder
der Verbindung. Dies betrifft in erster Linie eine Schwächung
der Verbindung zwischen neu aufgebrachtem (Verbindungs-)Material
und des mit Elastomeren verbundenen Verstärkungsmaterials (Karkasse).
Diese Schäden äußern sich im Gebiet höchster
Spannungskonzentration, d. h also unmittelbar jeweils beidseitig
vor oder direkt in der Kontaktzone, die aus Verbindungs- und Basismaterial
gebildet wird oder in den Zonen, wo sich die Seilenden beider Verbindungsseiten
ungebunden gegenüber stehen.
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Die
Belastung der eigentlichen Verbindungslänge ist infolge
der Schubspannungsübertragung des Verbindungselastomer
mit den Zugträgern relativ überschaubar und im
Vergleich zur Kontaktzone stabiler, ohne jedoch das Festigkeitsniveau
des Original-Gurtmaterials zu erreichen.
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Die
Druckschrift
US 4,020,945 beschreibt
ein Verfahren, bei dem durch Anbringen von Markierungen am Anfang
und am Ende der Verbindung, eine Längenänderung
zwischen den Markierungen mittels sensorischer Erfassung nachweisbar
ist. Durch Permanentmagnete ausgelöste Zeitimpulse definieren eine „kritische
Dehnung” als Schadensbeginn.
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Ebenso
unter Verwendung der RFID-(Transponder-)Technik ist in der
DE 196 03 578 ein Überwachungsverfahren
dargestellt, welches nach dem Prinzip arbeitet, dass durch eine
erhöhte unzulässige Belastung in einem Fördergurt
eingebrachte Transponder, eingebunden in integrierte Schaltkreise
nicht mehr in der Lage sind, an die an der Förderanlage angeordnete
Sende- und Empfangsstation Signale auszusenden.
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Magnetinduktive
Prüfungen an Fördergurten ermöglichen
einen Einblick in das Innere einer vermutet geschädigten
Sektion. Eine Interpretation ist erschwert und muss dann durch eine
zusätzliche Röntgentechnik gestützt werden.
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Die
Verwendung energiereicher (Röntgen-)Strahlen ist in der
DE 10 2004 061 367 erwähnt. Nach
Durchstrahlung des Gurtes wertet ein Prozessrechner das erhaltene
Ergebnis aus. Die Zuordnung zur Schadensstelle erfolgt mit Hilfe
von Markierungen (Magnete, Encoder).
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Eine ähnliche
Lösung ist in der
DE
2004 00 1899 (
WO
2005/023688 ) zu finden. Mit Hilfe opto-elekronischer Systeme
und anschließender Auswertung durch einen Prozessrechner
gelingt es, die Gurtoberfläche großflächig
zu überwachen. Der Fördergurt und damit die Verbindung
ist in endliche Abschnitte unterteilt, die sich durch Startmarkierungen
in Form von mit einem Prozessrechner gekoppelten Encodern begrenzen
lassen.
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In
den Gurt bzw. die Verbindung eingearbeitete sogenannte Leiterschleifen
nach
US 4854446 werden
erwähnt, die induktiv gekoppelt bei der Verletzung infolge
hoher Gurtbeanspruchung eine Veränderung des Messsignals
bewirken.
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Aus
den dargestellten Betriebserfahrungen ist zu schlussfolgern, dass
Weiterentwicklungen der Technik der mittels magnetischen Messmarken
ermittelten Längenänderungen der Verbindungen
hinsichtlich Zuverlässigkeit und verringerter Anfälligkeit in
Angriff genommen werden sollten. Als Schadenskriterium wird eine
Vergrößerung der Verbindungslänge (7
m lang) von 1‰ festgelegt, da dies bereits einer Verdoppelung
des Streubereichs von 3 mm entspricht.
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Neuere
Untersuchungen zur Bestimmung und Berechnung der Bauteilfestigkeit
bzw. Lebensdauer von elastomeren Werkstoffen sowie zur Verfeinerung
der Prüftechnik unter Anwendung neuer dynamischer Risswachstumsuntersuchungen
(Tear Fatigue Analyser-Test (TFA)) unter Einbeziehung kontinuums-
und bruchmechanischer Materialansätze gestatten es, das
Versagensverhalten von Elastomeren präziser zu beschreiben
und den Schadensfortlauf besser zu bewerten. In spannungsbestimmten
Prozessen wie in einer Gurtförderanlage interessieren dabei
die verformungsbezogenen Kennwerte. Danach ist es erforderlich,
um zu einer eindeutigeren Bestimmung bzw. messtechnisch zuverlässigen
Erfassung eines Materialschadensbeginnes in einem Bauteil zu gelangen,
insbesondere die Zonen kritischer Verformungen und Spannungen hochauflösend
zu detektieren, um verschiedene Bereiche des Schadensverlaufes definieren
zu können.
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Alle
bisher bekannten Verfahren und Methoden besitzen den Nachteil, dass
sie die teilweise sehr engen Zonen der Bruchimitiierung und des
Risswachstums am Bauteil als Ausgangspunkt des Versagens nicht präzise
erfassen und somit relativ unzuverlässige Werte für
die Lebensdauerprognose liefern. Diese sind jedoch erforderlich,
um eine Entscheidung zu treffen, dass in einem bestimmen Versagensstadium
befindliche Bauteil zumindest partiell zu reparieren bzw. zu ersetzen
sind. Eine weitere Schwierigkeit ist in der Tatsache zu sehen, dass
die Zuordnung zum Schadensort, d. h. die Identifikation mit zwei
unterschiedlichen Systemen realisiert wird, welche zusätzliche
Fehlerquelle beinhaltet.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren, eine Vorrichtung
und ein lokal hochauflösendes Messsystem zur zerstörungsfreien Erfassung
des Betriebszustandes von elastischen Bauteilen, insbesondere von
Fördergurten, Förderbänder oder Riemen,
anzugeben, die statisch und/oder dynamisch belastete Bauteile in-situ
sicher und zuverlässig überwachen können.
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Darüber
hinaus soll das Messsystem in der Lage sein, den Messort genau als
integrierte Messaufgabe ohne gesonderte Zusatzmesseinrichtungen identifizieren
bzw. lokalisieren zu können und infolge der besonderen
Anordnung der Messstellen sich eine zusätzliche Möglichkeit
eröffnet, eine Reihe weiterer Überwachungsfunktionen
zu übernehmen (z. B. Bandschieflauf, Verschleiß).
Weiterhin soll ein Auswertungsverfahren bereitgestellt werden, mit
dessen Hilfe es möglich ist, kritische Bauteilzustände
sicher zu erfassen.
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Die
Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche
gelöst. Die abhängigen Patentansprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
Vorrichtung zur zerstörungsfreien Erfassung eines Betriebszustandes
von elastischen Bauteilen, insbesondere Fördergurten, Förderbändern oder
Riemen kann mindestens ein elastisches Bauteil aufweisen, das eine
bandförmige Gestalt hat und in einer Bandumlaufrichtung
mindestens einen ersten Messbereich und/oder mindestens einen zweiten Messbereich
aufweist, wobei in den Messbereichen des elastischen Bauteils Elastomerencoder
eingebettet sein können. Weiterhin kann eine Sensorstation
vorgesehen sein, mit der von den Elastomerencodern ausgehende magnetische
Felder beim Passieren der Sensorstation detektierbar und in Ausgangssignale
unwandelbar sind. Weiterhin kann eine Prozesseinheit vorgesehen
sein, die von der Sensoreinheit ausgesendete Signale empfängt,
zu Dehnungsdaten verarbeitet, und damit eine erste Dehnung der Elastomerencoder,
die sich in einem ersten Messbereich befinden und/oder eine zweite
Dehnung der Elastomerencoder, die sich in einem zweiten Messbereich
des elastischen Bauteils befinden, bestimmen. Dabei kann die Prozesseinheit
eine erste Dehnungsdifferenz zwischen der ersten Dehnung und einem
ersten vorbestimmten Dehnungswert ermitteln und/oder eine zweite
Dehnungsdifferenz zwischen der ersten Dehnung und der zweiten Dehnung
ermitteln und/oder basierend auf der ermittelten Dehnungsdifferenz
einen Betriebszustand des elastischen Bauteils bestimmen. Daraus
ergibt sich der Vorteil, dass zur Erfassung des Betriebszustandes und
somit zur Überwachung des Verschleißes die Gurtfördervorrichtung
nicht angehalten bzw. demontiert werden muss. Somit kann die Fördervorrichtung permanent
in Betrieb gehalten werden wodurch die Standzeit reduziert wird.
Darüber hinaus wird die Anzahl der Bauteile verringert,
da für die Erfassung der Förderbandgeschwindigkeit
und des Förderbandverschleißes dieselben Encoder
verwendet werden. Durch die Referenzmessung in den zweiten Messbereichen
können Fehlmessungen aufgrund von Umgebungseinflüssen,
wie beispielsweise Temperatur, Druck und Feuchtigkeit verhindert
werden.
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Dabei
kann der erste vorbestimmte Dehnungswert einer maximal zulässigen
Dehnung des zu untersuchenden Bauteils entsprechen. Dieser Wert
kann in einem Speicher oder einer Datenbank abgelegt sein. Die Datenbank
kann in Form einer Tabelle vorliegen mit Dehnungswerten, die je
nach Material, Alter, Umgebungsbedingungen des Bauteils, variieren.
Entsprechend dieser Kriterien wird ein erster Dehnungswert aus der
Tabelle vorbestimmt. Die erste und die zweite Dehnungsdifferenz
werden mit einem ersten bzw. zweiten Wert verglichen. Dieser erste
bzw. zweite Wert entspricht einer maximal zulässigen Dehnungsdifferenz
des zu untersuchenden Bauteils. Diese Werte können in einem
Speicher oder einer Datenbank abgelegt sein. Die Datenbank kann eine
Tabelle mit Dehnungsdifferenzwerten aufweisen, die je nach Material,
Alter, Umgebungsbedingungen des Bauteils, variieren können.
Entsprechend dieser Kriterien wird ein erster bzw. zweiter Wert
aus der Tabelle vorbestimmt.
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Weiterhin
kann der erste Messbereich ein Bereich sein, in dem zwei Enden des
elastischen Bauteils miteinander verbunden sind. Weiterhin kann der
erste Messbereich eine zumindest über die Zeit schneller
abnehmende Zugfestigkeit als der zweite Messbereich aufweisen.
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Weiterhin
kann die Prozesseinheit, wenn die ermittelte erste Dehnungsdifferenz
einen ersten vorbestimmten Wert übersteigt oder die ermittelte
zweite Dehnungsdifferenz einen zweiten vorbestimmten Wert übersteigt,
zumindest ein vorbestimmtes Betriebszustandssignal ausgeben.
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Weiterhin
kann das Betriebzustandssignal einem aktuellen Dehnungszustand oder
einem Dehnungszustand entsprechen, bei dem die erste Dehnungsdifferenz
den ersten vorbestimmten Wert überschreitet oder die zweite
Dehnungsdifferenz den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.
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Weiterhin
können die mit der Sensorstation detektierbaren magnetischen
Felder wechselnde Polarität aufweisen, die Dehnung des
elastischen Bauteils gleichzeitig mit der Umlaufgeschwindigkeit
des elastischen Bauteils bestimmbar sein, und/oder ein zweiter,
parallel eingebetteter, als Barcode magnetisierten Elastomerencoder
sowie mindestens ein zusätzlicher Sensor in der Sensorstation
vorgesehen sein, wobei mit dem zusätzlichen Elastomerencoder eine
Bandsektion eindeutig identifizierbar sein kann.
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Weiterhin
kann die Vorrichtung eine Sensorstation mit mindestens zwei analogen
Sensoren mit Vorverstärker und/oder eine lokale Prozessoreinheit aufweisen.
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Weiterhin
kann die Vorrichtung einen zweiten, parallel eingebetteten, als
Barcode magnetisierten Elastomerencoder und/oder mindestens einen zusätzlichen,
dritten Sensor in der Sensorstation aufweisen, wobei mit dem zusätzlichen
Elastomerencoder eine Bandsektion eindeutig identifizierbar ist.
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Damit
kann auf besonders einfache Weise die zu überwachende Bandsektion
eindeutig identifiziert werden.
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Weiterhin
kann die Vorrichtung bei der Dehnungsmessung die Dehnung durch unabhängige Messungen
doppelt bestimmen.
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Somit
kann eine Verbesserung der Redundanz erzielt werden.
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Weiterhin
kann mit der Vorrichtung die Dehnung lokalisiert, vorzugsweise mit
einer Ortsauflösung von einer Polbreite, von maximal 50
mm, bestimmbar sein.
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Weiterhin
kann mit der Vorrichtung die Dehnung lokalisiert, vorzugsweise mit
einer Ortsauflösung von zwei Polbreiten, von maximal 100
mm, bestimmbar sein.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder durch Zugabe eines Füllstoffes
herstellbar sein, wobei der Füllstoff Strontiumferrit (SrFeO)
und/oder eine Eisen-Legierung (NdFeB) sein kann, wobei der Elastomerencoder
durch Zugabe eines Füllstoffes von 20 bis 40 vol.% Strontiumferrit
(SrFeO), bevorzugt jedoch 30 vol.% Strontiumferrit (SrFeO), und/oder
von 5 bis 30 Vol% Eisen-Legierung (NdFeB) modifizierten Elastomermischung
herstellbar sein kann und von unmagnetischem Material überdeckt
sein kann.
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Weiterhin
können durch die Zugabe dieses Füllstoffes die
mechanisch-physikalischen Eigenschaften des Vulkanisates des Elastomerencoders nur
unwesentlich veränderbar sein.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder als Band und/oder Platte mit einer Dicke
von 1 mm bis 5 mm sowie Abmessungen bevorzugt von 1000 mm Länge
und 100 mm Breite vorliegen und/oder aus derartigen Bänder
und/oder Platten zusammensetztbar sein.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder sowohl vor dem Einbau in das elastische
Bauteil (eine Fördervorrichtung) als auch nach dessen Einbau
mittels der Impulsmagnetisiertechnik, bei Verwendung speziell modifizierter
Elastomermischungen, magnetisierbar sein.
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Weiterhin
können die Polbreiten oder Polabständen des Elastomerencoders
von 20 mm bis 50 mm, bevorzugt jedoch 40 mm betragen.
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Weiterhin
kann die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Ausrichtung
der Elastomerencoder maximal 5° von der Förderrichtung
oder Fahrrichtung der Fördervorrichtung abweicht.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder mit den für Elastomere entwickelten
Fügeverfahren in der Fördervorrichtung befestigbar
sein kann.
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Weiterhin
kann eine Breite des Elastomerencoders an eine Messbreite der Sensorik
so anpassbar sein, dass bei extremem Bandschieflauf der Fördervorrichtung
die Sensorik den Messbereich des Elastomerencoders nicht mehr erreicht
und somit eine Fehlermeldung auslösbar sein kann.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder so codiert sein, dass seine Einbaustelle
identifizierbar sein kann.
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Weiterhin
kann eine Vorrichtung zum Fördern von Gütern zumindest
aus einem elastischen Bauteil bestehen, das eine bandförmige
Gestalt haben kann und in einer Bandumlaufrichtung mindestens einen
ersten Messbereich und/oder mindestens einen zweiten Messbereich
aufweisen kann. Dabei können in den Messbereichen des elastischen
Bauteils Elastomerencoder eingebettet sein. Weiterhin kann eine
Sensorstation vorgesehen sein, mit der von den Elastomerencoder
ausgehende magnetische Felder (Impulse) beim Passieren der Sensorstation
detektierbar und in Ausgangssignale unwandelbar sind. Weiterhin
kann eine Prozesseinheit vorgesehen sein, die von der Sensoreinheit
ausgesendeten Signale empfängt, zu Dehnungsdaten verarbeitet,
und damit eine erste Dehnung der Elastomerencoder die sich in einem
ersten Messbereich befinden und/oder eine zweite Dehnung der Elastomerencoder
die sich in einem zweiten Messbereich des elastischen Bauteils befinden,
bestimmen. Weiterhin kann die Prozesseinheit eine erste Dehnungsdifferenz
zwischen der ersten Dehnung und einem ersten vorbestimmten Dehnungswert
ermitteln und/oder eine zweite Dehnungsdifferenz zwischen der ersten Dehnung
und der zweiten Dehnung ermitteln und/oder basierend auf der ermittelten
Dehnungsdifferenz einen Betriebszustand des elastischen Bauteils
bestimmen.
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Weiterhin
kann der erste Messbereich ein Bereich sein, in dem zwei Enden des
elastischen Bauteils miteinander verbunden sind. Weiterhin kann der
erste Messbereich eine zumindest über die Zeit schneller
abnehmende Zugfestigkeit als der zweite Messbereich aufweisen.
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Weiterhin
kann die Prozesseinheit, wenn die ermittelte erste Dehnung einen
ersten vorbestimmten Wert übersteigt oder die ermittelte
Dehnungsdifferenz einen zweiten vorbestimmten Wert übersteigt, zumindest
ein vorbestimmtes Betriebszustandssignal ausgeben.
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Weiterhin
kann das Betriebzustandssignal einem aktuellen Dehnungszustand oder
einem Dehnungszustand entsprechen, bei dem die Dehnung den ersten
vorbestimmten Wert überschreitet oder die Dehnungsdifferenz
den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.
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Weiterhin
kann zumindest eine Laufseite und zumindest eine Tragseite vorgesehen
sein, wobei zwischen der Laufseite und der Tragseite dehnfähige Elastomerencoder
eingebettet sind, die geeignet sind wechselnde magnetische Signale
auszugeben.
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Weiterhin
können die Elastomerencoder in einem bestimmten Legeschema
eingebettet sein, welches mit der Anordnung von Sensoren einer Sensorstation
korrespondiert.
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Weiterhin
können über die Breite der Vorrichtung zum Fördern
von Gütern verteilt, mindestens drei Elastomerencoder in
den Übergangszonen, welche sich bis in Auslenkzonen von
Seilen oder eine Versetzungszone von Seilenden erstrecken können, und/oder
sich in Seilendabstandszonen befinden.
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Weiterhin
können zwischen Verbindungen der Vorrichtung mindestens
drei Referenz-Elastomerencoder jeweils in der Mitte sowie in den
rechten und linken Randbereichen angeordnet sein.
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Weiterhin
können die Elastomerencoder in einem von der Messausstattung
der Sensorstation abhängigen Abstand von der Laufseite,
von der Tragseite und/oder von der oberen und/oder unteren Ebene
von Stahlseilen, in Abhängigkeit ihres Seildurchmessers,
befinden.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder in einer Übergangszone mit einer
Hälfte seiner Baulänge in einer Gurtseite und
mit der anderen Hälfte in einer Verbindungsseite verankert
sein.
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Weiterhin
können die Elastomerencoder in einer Seilendenabstandszone
so positioniert sein, dass sie beide Seilenden überdecken.
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Weiterhin
kann eine Sensorstation, mit der von Elastomerencodern ausgehende
magnetische Felder bei deren Passieren der Sensorstation detektierbar
und in Ausgangssignale unwandelbar sind, vorgesehen sein. Dabei
können die Elastomerencoder in Messbereichen eines elastischen
Bauteils, das eine bandförmige Gestalt hat eingebettet
sein. Dabei kann das elastische Bauteil in einer Bandumlaufrichtung mindestens
einen ersten Messbereich und mindestens einen zweiten Messbereich
aufweisen. Weiterhin kann eine Prozesseinheit vorgesehen sein, die von
der Sensoreinheit ausgesendeten Signale empfängt, zu Dehnungsdaten
verarbeitet, und damit eine erste Dehnung der Elastomerencoder die
sich in einem ersten Messbereich befinden und/oder eine zweite Dehnung
der Elastomerencoder die sich in einem zweiten Messbereich des elastischen
Bauteils befinden, bestimmen. Weiterhin kann die Prozesseinheit
eine erste Dehnungsdifferenz zwischen der ersten Dehnung und einem
ersten vorbestimmten Dehnungswert ermitteln und/oder eine zweite
Dehnungsdifferenz zwischen der ersten Dehnung und der zweiten Dehnung
ermitteln und/oder basierend auf der ermittelten Dehnungsdifferenz
einen Betriebszustand des elastischen Bauteils bestimmen
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Weiterhin
kann der erste Messbereich ein Bereich sein, in dem zwei Enden des
elastischen Bauteils miteinander verbunden sind. Weiterhin kann der
erste Messbereich eine zumindest über die Zeit schneller
abnehmende Zugfestigkeit als der zweite Messbereich aufweisen.
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Weiterhin
kann die Prozesseinheit, wenn die ermittelte erste Dehnung einen
ersten vorbestimmten Wert übersteigt oder die ermittelte
Dehnungsdifferenz einen zweiten vorbestimmten Wert übersteigt, zumindest
ein vorbestimmtes Betriebszustandssignal ausgeben.
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Weiterhin
kann das Betriebzustandssignal einem aktuellen Dehnungszustand oder
einem Dehnungszustand entsprechen, bei dem die Dehnung den ersten
vorbestimmten Wert überschreitet oder die Dehnungsdifferenz
den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.
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Weiterhin
kann die Sensorstation an einer Gurtförderanlage positionierbar
sein, wobei sie je nach Kopf- oder Heckantriebsituation, sowohl
auf der Laufseite eines Obertrums als auch der Lauf- und Tragseite
eines Untertrums, der Gurtförderanlage, positionierbar
ist.
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Weiterhin
kann die Sensorstation je nach Anlagensituation in der Nähe
einer Gurtfördertrommel, einem Rollensystem und/oder einer
Andrückrolle in Form einer Stütz- oder Anpresstrommel
positionierbar sein, wobei ihr Abstand zur Laufseite des Fördergurtes
minimal ist und/oder die Sensorstation direkt auf diesem aufliegt.
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Weiterhin
kann die Sensorstation je nach Anlagensituation zwischen einer Schüttgutaufgabestelle
und/oder einer Schüttgutübergabe oder Schüttabwurfstelle
im Unter- oder Obertrum an der Laufseite montierbar sein.
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Weiterhin
kann die Sensorstation über der konstruktiv bedingten normalen
Transportposition der Fördervorrichtung so ausgerichtet
sein, dass sowohl zwei mit Elastomerencodern bestückten
Randbereiche als auch ein Mittelbereich der Fördervorrichtung
detektierbar sind.
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Weiterhin
kann die Sensorstation wahlweise traversierend beweglich als Einzelstation,
und/oder fest installiert als Dreifach-Station mit je einer Einzelstation
in den Randbereichen und einer Einzelstation in dem Mittelbereich,
anordenbar sein.
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Weiterhin
kann die Sensorstation mindestens zwei Sensoren mit einem vorbestimmten
Sensorabstand umfassen.
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Weiterhin
können die Sensoren Hallsensoren von ratiometrisch linearer
Bauart sind.
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Weiterhin
kann die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Sensorstation
mit einer Prozesseinheit verbunden ist.
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Weiterhin
kann zumindest eine Verbindung zwischen der Sensorstation und der
Prozesseinheit vorgesehen sein, wobei diese via Kabel und/oder kabellos
ausgeführt ist.
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Weiterhin
können mit der Prozesseinheit Daten an ein anlagenspezifisches
Betriebsdatenerfassungssystem weiterleitbar sind, wobei Informationen zu
etwaigen Störsituationen lieferbar sind, aufgrund deren
mit einer Anlagensteuerung eine Notabschaltung der Anlage ausführbar
ist.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur zerstörungsfreien
Erfassung eines Betriebszustands von elastischen Bauteilen, insbesondere
von Fördervorrichtungen und kann folgende Schritte aufweisen:
Erfassen einer ersten Dehnung von Elastomerencodern, die in einem
ersten Messbereich einer Fördervorrichtung eingebettet
sind, Ermittlung einer ersten Dehnungsdifferenz zwischen der ersten
Dehnung und einem ersten vorbestimmten Dehnungswert, und/oder Erfassen
einer zweiten Dehnung von Elastomerencoder, die in einem zweiten
Messbereich der Fördervorrichtung eingebettet sind, Ermittlung
einer zweiten Dehnungsdifferenz zwischen der ersten Dehnung und
der zweiten Dehnung, Bestimmung eines Betriebszustands des elastischen
Bauteils basierend auf der ermittelten Dehnungsdifferenz, Ausgabe
zumindest eines Betriebszustandssignals, wenn die ermittelte erste
Dehnungsdifferenz einen ersten vorbestimmten Wert übersteigt
und/oder wenn die ermittelte zweite Dehnungsdifferenz einen zweiten
vorbestimmten Wert übersteigt.
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In
einem weiteren Schritt kann, wenn die ermittelte erste Dehnung einen
ersten vorbestimmten Wert übersteigt oder die ermittelte
Dehnungsdifferenz einen zweiten vorbestimmten Wert übersteigt, zumindest
ein vorbestimmtes Betriebszustandssignal ausgeben werden.
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Das
Betriebzustandssignal kann einem aktuellen Dehnungszustand und/oder
einem Dehnungszustand entsprechen, bei dem die Dehnung den ersten
vorbestimmten Wert überschreitet und/oder die Dehnungsdifferenz
den zweiten vorbestimmten Wert überschreitet.
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Weiterhin
können durch das Verfahren die Dehnung der Bauteile und
die Fördergeschwindigkeit gleichzeitig erfasst werden.
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Weiterhin
kann ein Elastomerencoders zur Dehnungsmessung von elastischen Bauteilen
verwendet werden, wobei die Dehnung eines elastischen Bauteils anhand
einer Dehnung zumindest eines Elastomerencoders erfassbar ist.
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Weiterhin
kann die Dehnung des elastischen Bauteils gleichzeitig mit der Umlaufgeschwindigkeit des
elastischen Bauteils erfassbar sein.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder durch Zugabe eines Füllstoffes
herstellbar sein, wobei der Füllstoff Strontiumferrit (SrFeO)
und/oder eine Eisen-Legierung (NdFeB) ist, wobei der Elastomerencoder
durch Zugabe eines Füllstoffes von 20 bis 40 vol.% Strontiumferrit
(SrFeO), bevorzugt jedoch 30 vol.% Strontiumferrit (SrFeO), und/oder
von 5 bis 30 Vol% Eisen-Legierung (NdFeB) modifizierten Elastomermischung
herstellbar ist und von unmagnetischem Material überdeckt
wird.
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Weiterhin
können durch die Zugabe dieses Füllstoffes die
mechanisch-physikalischen Eigenschaften des Vulkanisates des Elastomerencoders nur
unwesentlich veränderbar sein.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder als Band oder Platte mit einer Dicke von
1 mm bis 5 mm sowie Abmessungen bevorzugt von 1000 mm Länge und
10 bis 100 mm Breite vorliegt und/oder aus derartigen Bänder
oder Platten zusammensetzbar sein.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder sowohl vor Einbau als auch nach dessen
Einbau mittels Impulsmagnetisiertechnik magnetisierbar sein.
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Weiterhin
können die Polbreiten oder Polabstände des Elastomerencoders
bevorzugt von 100% bis 400% des effektiven Sensorabstandes betragen.
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Weiterhin
kann die Ausrichtung der Elastomerencoder maximal 5° von
der Fördervorrichtung oder Fahrrichtung der Fördervorrichtung
abweichen.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder mit den für Elastomere entwickelten
Fügeverfahren in der Fördervorrichtung befestigbar
sein.
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Weiterhin
kann eine Breite des Elastomerencoders an eine Messbreite der Sensorik
so anpassbar sein, so dass bei extremem Bandschieflauf der Fördervorrichtung
die Sensorik den Messbereich des Elastomerencoders nicht mehr erreicht
und somit eine Fehlermeldung auslösbar ist.
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Weiterhin
kann der Elastomerencoder so codiert sein, dass seine Einbaustelle
identifizierbar ist.
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Weiterhin
kann das zu überwachende Bauteil (Fördervorrichtung),
beispielsweise ein Fördergurt aus verstärkten
Kunststoffen, insbesondere Elastomere sein, das mit Elastomerencodern
aus magnetisierten Elastomeren (Magnetelastomer) versehen ist, und/oder
in einer Magnetencoderanordnung während seines funktionsbedingten
Einsatzes an einem Sensorsystem (Sensorstation, Sensorik) vorbeigeführt
wird, wobei permanent der Verformungszustand des Bauteils an besonders
spannungs- und verformungsexponierten Stellen (z. B. Übergangszone, Übergangsnahe
Zone, Seilendenabstandszone) gemessen und messtechnisch mit Hilfe
eines Prozessrechners ausgewertet wird, welcher mit dem Betriebsdatenerfassungs-
bzw. Steuersystem der Anlage verbunden ist.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnungen erläutert.
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Es
zeigen schematisch und nicht einschränkend:
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1:
das Legeschema einer 3-stufigen Stahlseilfördergurtverbindung
mit darin positionierten Magnetencodern und Vergleichsmessstellen,
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2:
einen Querschnitt durch eine Übergangszone einer Seite
einer Gurtverbindung mit Querarmierungen und Stahlseil sowie die
Positionierung der Magnetencoder zur Laufseite der Fördervorrichtung
und Tragseite der Fördervorrichtung,
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3:
eine Anordnung des Messsensoriksystems an der Gurtförderanlage über
dem mit Magnetencodern versehenen Fördergurt,
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4A:
eine Anordnung der Sensoren in einer Sensorstation bezüglich
des Elastomerencoders und die Kodierung des Encoders in Nordpol
und Südpol.
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4B:
Sensorsignale die von der Sensorstation an die Prozesseinheit gesendet
werden,
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5:
die Dehnungszunahme als Funktion der Lastzyklenzahl bei einer vorbestimmten
Belastung (Belastungsdauer), und
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6:
einen Gurtförderer.
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Entsprechend
der Erfindungsbeschreibung sowie Aufgabenstellung besteht das Funktionsprinzip
(Methode) der Überwachungseinrichtung darin, in Zonen höchster
Betriebsbeanspruchung die Bauteildeformation zu bestimmen um daraus
dessen Ermüdungsverhalten (fatigue wear) festzustellen.
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Erfindungsgemäß ist
die kritische Deformation als solche Längenänderung
zu bestimmen, die im Unterschied zur bauteilspezifischen immanenten Streckung
unter der Betriebsbelastung einen bestimmten Betrag überschreitet.
In der Literatur werden dazu Werte von 2% bis 4% je nach Gurtausführung
genannt. Die in der Verbindung gemessenen Werte im Übergangsbereich
Gurtseite zu Verbindungsseite 2, Bereich 4 und 1 Bereich 4 bzw. 4' können
unter Umständen höhere Werte annehmen, sodass
eine genaue Dehnungsmessung im Bereich zwischen 4% und 8% und darüber
hinaus durchzuführen ist.
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Unter
Einsatz von Transpondern in Verbindung mit Dehnungsmesssystemen
wäre es erforderlich, dehnungsübersetzende Systeme
einzusetzen. Allerdings ist die Ermittlung diskreter maximaler Dehnungswerte
nicht allein erfolgversprechend für die Ermittlung einer
Schadensgrenze, sondern nur die Feststellung der funktionellen Abhängigkeit
der Dehnungszunahme ΔD von der Belastungszeit gestattet mit
hoher Sicherheit eine allgemeingültige Bewertung des Ermüdungsverhaltens.
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Da
die Anwendung der Dehnungsmesssensorik an gewisse Grenzen stößt,
ist es erfindungsgemäß vorgesehen, über
eine Zeitmessung mit einem Sensorsystem die Felder eines speziellen
Magnetencoders zu erfassen. Dieser ist so ausgebildet, dass er die
Bauteildehnung zu 100% reproduziert. Verwendet werden deshalb sogenannte
Magnetelastomere, die aus einer magnetisierbaren Elastomermischung bestehen.
Diese Elastomermischungen beinhalten eine gewisse Füllmenge
an ferritische Teilchen (Füllstoff), die sich beim für
die Elastomerherstellung typischen Misch- und Verarbeitungsprozess
ideal ausrichten. Mit Hilfe einer speziellen Magnetisiervorrichtung
gelingt es nun, diese so präparierte Mischung magnetisch
in Form von präzise positionierten Nord/Süd-Polen
mit definierten Polbreiten und -abständen zu codieren.
Dieses Magnetelastomer kann in Form eines dehnbaren ca. 1–3
mm dicken Magnetencoders als Elastomerencoder 8 bzw. 8' aufgefasst werden.
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Die
möglichen Varianten der Einbringung der Encoder sind in 1 dargestellt.
Das elastische Bauteil ist in Form eines Fördergurtes 9 dargestellt. Zu
erkennen sind die beiden Endstücke einer Verbindung 1 und 2 sowie
die für die Verbindung geöffnete, d. h. von Altgummi
befreite Verbindungslänge 3. Die Positionierung
der Elastomerencoder 8 bzw. 8' erflogt nach einem
vorbestimmten Schema sowohl zur Referenzmessung in mindestens einem
zweiten Messbereich (Referenzbereichen) auf den beiden zu verbindenden
Gurtenden (in der Gurtseite 1 vgl. 2) als auch
zur Dehnungsmessung in mindestens einem Messbereich (Bereich kritischer
Dehnung) in der Verbindung selbst (Verbindungsseite 3 vgl. 2).
Dabei werden die Elastomerencoder 8' zwischen den Verbindungen
bevorzugt in den lateralen Randbereichen sowie in der Mitte des
Fördergurtes 9 eingebettet. Zur Referenzmessungen
sind darüber hinaus in dem ersten Messbereich (den Zonen kritischer
Belastungen), sogenannte Übergangszonen, 4, 4', 5, 6 und 7 wahlweise
Elastomerencoder 8 unterzubringen.
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Die
Einbringung ist sinnvollerweise bei der Verbindungsherstellung,
der Reparatur, der Regenerierung in der Werkstatt als auch vor Ort
mit den bekannten Verfahren der Verbindungs- bzw. Fügetechnik
für Elastomere möglich. Die Breite der Elastomerencoder 8, 8' ist
dabei so zu wählen, dass bei üblichen Laufungenauigkeiten
des Fördergurtes 9 eine Messung noch realisierbar
ist.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch eine Kontaktzone der Gurtseite 1 und
der Verbindungsseite 3 eines querarmierten Stahlseilfördergurtes 9 mit der
möglichen Höhenanordnung der Elastomerencoder 8 im
Verhältnis zur Gurtlaufseite 14 und Gurttragseite 13.
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Der
Abstand zwischen Laufseite 14 sowie den möglichen
Querarmierungen 17 und dem Stahlseil 18 des Fördergurtes 9 richtet
sich sowohl nach magnetsensorischen (bis 24 mm) als auch verschleißtechnischen
Kriterien. Es ist sofort zu erkennen, dass wenn die Elastomerschicht
der Laufseite 14 soweit durch Verschleiß reduziert
sein sollte, dass die Encoder 8 dem Abrieb preisgegeben
sind, diese keine Signale zur Sensorstation 15 weiter aussenden können
und somit eine zusätzliche Verschleißüberwachung
der Laufseite 14 gegeben ist. Diese Anordnung ist auch
auf der Tragseite 13 selbstverständlich denkbar.
Eine Beeinträchtigung der Elastomerencoder 8 bzw.
der Sensorstation 15 durch die Querarmierungen 17 und
Stahlseile 18 ist auszuschließen.
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3 zeigt
eine der möglichen Anordnungen des Sensoriksystems 15 auf
einer Gurtförderanlage in der Nähe einer Antriebs
oder Umlenktrommel 10. Der mit Elastomerencodern 8 dotierte
Fördergurt 9 wird durch bzw. über verschiedene
Reinigungssysteme 19 geführt und mittels einer üblicherweise
so angeordneten Knicktrommel 11 mit einer Stütz-
bzw. Anpresstrommel 12 fixiert.
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Die
Positionierung des Sensors 15 ist mit der Elastomerencoderbreite 8 bzw. 8' abzustimmen.
Abweichungen bei Bandschieflauf ergeben Fehlsignale. Mit Hilfe dieser
fehlenden Signalgebung lässt sich der Bandschieflauf idealerweise
zusätzlich überwachen. Der Abstand der Sensorik 15 zur
Gurtlaufseite 14 ist so zu wählen, dass ein direkter
Kontakt bzw. ein messtechnisch noch realisierbarer Abstand ermöglicht
wird.
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Der
Pfeil R zeigt die Drehrichtung des Fördergurtes 9 an.
Selbstverständlich ist die Funktionstüchtigkeit
der Erfassungsvorrichtung auch bei entgegen gesetzter Bewegungsrichtung
gegeben.
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Die
Sensorstation 15 ist mit einem Prozessrechner 16 zwecks
Messwerterfassung und Messwertauswertung verbunden.
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4A verdeutlicht
das Messprinzip des aktiven Magnetencoders in Form des beschriebenen dehnfähigen
Elastomerencoders 8 bzw. 8'. Unter Anordnung zweier
Magnetsensoren S1 und S2 lassen sich mit hoher Präzision
in einem Messgang sowohl die Magnetencoder-Geschwindigkeiten (+/–1%
bei einer Standardabweichung von 0,3%) als auch die Dehnungen (+/–1%)
errechnen und mit den Messungen an einer neben der Verbindung oder
zwischen den Verbindungen angeordneten Referenzmessstelle 8' vergleichen.
Ein codierter Elastomerencoder 8, wird an zwei Sensoren
S1 und S2 vorbeigeführt, die dabei magnetische Nord Süd
Impulse des Elastomerencoders detektieren.
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In
der 4B sind schematisch die von der Sensorstation
ausgehenden Messsignale gezeigt. Die vier Kombinationen demonstrieren
das verwendete Messprinzip in den Stufen:
- I)
schnell, ungedehnt
- II) langsam, ungedehnt
- III) langsam, gedehnt und
- IV) schnell, gedehnt
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Referenzmessungen
zwischen den Encodern 8 und 8' sind ebenso nach
diesem System möglich. Dabei entspricht A der Signaldauer
eines Referenzsignals eines Encoders 8', mit dem die Umlaufgeschwindigkeit
des Fördergurtes an einer bezüglich der Dehnung
unkritischen Stelle erfassbar ist. B entspricht der Dauer eines
Signals von einem Encoder 8 der sich an einer dehnungskritischen
Stelle in einer Verbindungsstelle des Fördergurtes befindet.
Anhand der Signale A und B kann ein Abgleich der Umlaufgeschwindigkeiten
erfolgen und somit das Vorliegen einer Dehnung erfasst werden.
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Zwecks
Integration in ein EDV-gestütztes Betriebsdatenerfassungssystem
ist es vorgesehen, den Prozessrechner über ein Bussystem
mit dem Instandhaltungsportal zu verbinden und im Rahmen der Gesamtanlagenüberwachung
Daten zur Auswertung für die Steuerzentrale zwecks eventuell
notwendig werdenden, in Notfallsituationen unerlässlichen Anlagenstillsetzungen
zu liefern. In Verbindung mit anderen Messgrößen
kann dieser Betriebsfall redundant so gesteuert werden, dass Fehlschaltungen durch
eventuelle Messstörungen ausgeschlossen werden können.
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Über
eine gesonderte Codierung der Elastomerencoder 8 wird erreicht,
dass eine genaue Positionierung des Schadens detektierbar ist. Bei
Bedarf an weiteren zusätzlichen Identifikations- und Informationsmeldungen
ist es durchaus möglich, den Einsatz von Transpondern vorzusehen.
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Selbstverständlich
lassen sich Elastomerencoder 8 auch in die Zwischenlagen
von Textilfördergurten bei ein- oder mehrstufigen Verbindungen
einbringen oder an den Übergangszonen 4, 4' zwischen den
beiden Lagenenden applizieren. Dies trifft auch für jede
mögliche andere Art von Transportbändern und Fördergurten 9,
Antriebsriemen oder dergleichen zu.
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Wie
bereits in der Beschreibung sowie der Aufgabenstellung ausgeführt,
kann es sinnvoll sein, die Bestimmung einer Schadensgrenze anhand
von Referenzdehnungsdaten wie beispielsweise einer gemessenen Beziehung
Dehnungszunahme = f (Lastzyklenzahl, Belastungsdauer) vorzunehmen, wobei
die Dehnungen an den Encodern 8 gemessen und mit der Dehnung
in verbindungsfernen Encoder 8' verglichen wird.
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In 5 ist
ein solcher Zusammenhang bei Prüfung eines Elastomerbauteils
beispielhaft dargestellt. Die Diagramme in der linken Hälfte
zeigen die Bauteilermüdung anhand der Dehnung in Abhängigkeit
der Lastzyklen und die Diagramme in der rechten Hälfte
zeigen eine Belastung mit einer definierten Kraft über
eine Zyklendauer. Es ist deutlich zu erkennen, dass bei einer definierten
Belastung (im Beispiel 1,0 kN) einer Materialprobe nach bestimmten
Belastungszeitabschnitten A, B, C, und D (Sektoren I, II, III und
IV) sich eine typische Steigung der Funktion in den einzelnen charakteristischen
Abschnitten abzeichnet. Die Steigungszunahme der Funktion deutet auf
eine stetig zunehmende Bauteilermüdung hin, die schließlich
im Punkt D zum Bruch der Probe führt. Die vier Bereiche
sind demnach für die Schadensbeurteilung heranzuziehende
Kriterien.
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Während
in Zone I eine absolute unkritische Dehnungszunahme (Fließen)
zu verzeichnen ist, beginnt ab Punkt A in Zone II bereits eine unkritische partielle
Bauteilschädigung, die sich ab Punkt B in Zone III merklich
verschärft und bereits als kritisch zu bezeichnen ist.
Mit Erreichen der Zone IV im Punkt C tritt ein bereits deutliches
Versagen des Bauteils ein, welches im Punkt D zum Ausfall der Betriebstüchtigkeit
führt.
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Referenzkurven
dieser Art lassen sich natürlich auch mit Proben aus Stahlseilgurtverbindungen erstellen,
in dem mit Hilfe von dynamischen Prüfmaschinen (Hydropulser)
entsprechende Graphen aufgezeichnet werden. Entscheidend ist, dass
die Prüfung die Praxisbedingungen nahezu ideal widerspiegelt.
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In
einer höheren tribologischen Prüfkategorie (Arbeitsblatt
Nr. 7 der Gesellschaft für Tribologie (GfT) „Tribologie”)
durchgeführte Prüfstandsversuche nach DIN
22110, T3 unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Anordnung von Elastomerencodern ermöglichen ergänzend
zu den Laborversuchen in einer Tribologischen Prüfkette
die Erstellung von Referenzkurven, die die Bestimmung der Schadenssituation
an einem Gurtförderer erheblich erleichtern.
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6 zeigt
das Schema eines Gurtförderers 20 mit alternativen
Möglichkeiten zur Positionierung der Sensorik 15 zu
seinen Antrieben. Je nach Ausführung und Anordnung der
Antriebssituationen werden gemäß DIN 22101 diese
als Kopf- bzw. Heckantriebe (abhängig von der Schüttgutförderrichtung)
bezeichnet, wobei Heckantriebe üblicherweise der Schüttgutaufgabestation
am Beginn und Kopfantriebe der Schüttgutabwurfstation am
Ende des Förderweges zuzuordnen sind.
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Die
oberhalb liegende Förderzone des Gurtförderers
wird als Obertrum, die untere schüttgutfreie Zone als Untertrum
bezeichnet. Zum Zwecke des sicheren Schüttguttransports
ist die obere Zone meist gemuldet, d. h an den Rändern
jeweils um einen gewissen Winkelbetrag nach oben abgeknickt. Die
Positionierung der Sensorik 15 hat sich diesen Gegebenheiten
so anzupassen, dass sowohl die Überladung mit Schüttgut
weitestgehend vermieden als auch die Zonen höchster Gurtübertragungskräfte,
je nach Antriebsart messtechnisch sicher erreicht werden.
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Alle
in der vorliegenden Beschreibung angegebenen Wertebereiche umfassen
auch die Randwerte. Die im vorangehenden genannten Merkmale und
beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können teilweise oder als Ganzes beliebig miteinander
kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden,
die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind. Sofern
sich solche Ausführungsformen für einen Fachmann
aus den vorgenannten Ausführungsbeispielen ergeben, sollen
diese als mit den vorgenannten Ausführungsbeispielen implizit
offenbart gelten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4020945 [0013]
- - DE 19603578 [0014]
- - DE 102004061367 [0016]
- - DE 2004001899 [0017]
- - WO 2005/023688 [0017]
- - US 4854446 [0018]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN 22110 [0119]
- - DIN 22101 [0120]