DE102008050670A1

DE102008050670A1 - Überlastkupplung mit Messeinheit und drahtloser Kommunikation

Info

Publication number: DE102008050670A1
Application number: DE102008050670A
Authority: DE
Inventors: Manfred Hefele; Bernhard Graf; Christoph Dropmann
Original assignee: Chr Mayr GmbH and Co KG
Current assignee: Chr Mayr GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: DE102008050670B4

Abstract

Bei einer mechanischen Überlastkupplung mit: - einem axial verschieblichen Kupplungsteil (2), - einer axial feststehenden Einstellmutter (4), - einem Ausrastmechanismus zum axialen Versetzen des verschieblichen Schaltteils (2) im Verhältnis zur Einstellmutter (4) beim Auftreten einer Überlast und - einer Messeinheit (5) mit Sender und Empfänger zur Kommunikation mit einer entfernten Basis (1), soll das Abfühlen des Schaltzustandes der Kupplung absolut unabhängig gemacht werden von irgendwelchen, zufällig bestimmten Einflüssen auf die tatsächliche axiale Position der Kupplung oder des Schaltringes. Des Weiteren sollen in der Messeinheit der Kupplung Betriebsdaten erfasst und an die Basis weitergeleitet werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Messeinheit (5) eine periodische Zustandsmeldung zur entfernten Basis (1) sendet (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft mechanische Überlastkupplungen und Kraftbegrenzer mit einem, beim Auftreten von Überlast, axial verschieblichen Kupplungsteil, bzw. Schaltring, mit einem mechanischen, induktiven oder magnetischen Sensor, zur Ermittlung des Schaltzustandes der Kupplung.
Bei den meisten mechanischen Überlastkupplungen wird bei Auftreten einer Überlast ein Ring auf der Kupplung, um einen bestimmten Weg (Hub), in axiale Richtung verschoben. Zur Überwachung des Schaltzustandes der Überlastkupplung werden extern angebrachte Sensoren, wie z. B. mechanische Schalter oder induktive Nährungsschalter verwendet, welche die Verschiebung des Ringes feststellen und somit eine Überlast im Antriebsstrang erkennen. Dadurch kann der Antrieb abgeschaltet werden und somit wird ein Schaden der Anlage vermieden. Ein häufiges Problem sind Planlauffehler der Kupplung oder axiale Verschiebung der Welle, auf der die Kupplung montiert ist, wie z. B. durch Lagerspiel, oder Wärmedehnung und somit ist der Schaltpunkt des externen Sensors nicht mehr in der richtigen Lage zur Kupplung auf der Welle. Dadurch kann z. B. eine Überlast nicht mehr erkannt werden oder irrtümlich eine Überlast angezeigt werden, wo gar keine vorhanden ist.
Stand der Technik:
In der DE 10 2004 031 693 A1 wird bereits eine Verbesserung dieses Problems gezeigt. Diese Lösung hat, gegenüber den bekannten Anordnungen zur Überwachung des Schaltzustandes einer Überlastkupplung den besonderen Vorteil, dass unabhängig von der axialen Lage durch Wärmedehnung, Lagerspiel oder ähnliches eine sichere Abschaltung erfolgt ohne aufwendige Justierarbeiten des Schalters, bzw. Sensors vorzunehmen. Dass passive Mobilteil 2 ist auf der Überlastkupplung fest montiert, das Sende-Lesegerät 1 ist in der Nähe der Überlastkupplung ortsfest montiert, so dass eine Signalübertragung zwischen den beiden Teilen des Transponders stattfindet. Entfernt sich nun die Spule auf dem axial beweglichen Ring bei Überlast, zeigt dies das Sende-Lesegerät an und das Signal kann zur Abschaltung der Anlage verwendet werden.
Die axiale Position des Sende-Lesegerätes zur Lage der Überlastkupplung muss nun nicht mehr so genau justiert werden, jedoch sind trotzdem Justierarbeiten notwendig.
In der Patentschrift US 5,896,968 wird ebenfalls darauf verwiesen, dass sich ein Sensor innerhalb der Kupplung befindet, welcher eine axiale Bewegung bei Überlast aufnimmt. Es wird jedoch nicht angegeben, wie dies im Detail gelöst werden kann.
Aufgabenstellung:
Hiernach ist es die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, bei den in Rede stehenden mechanischen Überlastkupplungen, das Abfühlen des Schaltzustandes der Kupplung absolut unabhängig zu machen von irgendwelchen, zufällig bestimmten Einflüssen auf die tatsächliche axiale Position der Kupplung oder des Schaltringes der Kupplung und unabhängig von der Position einer Basis die entfernt von der Kupplung beliebig angebracht werden kann. Des weiteren sollten in der Messeinheit der Kupplung Betriebsdaten erfasst werden, wie z. B. Anzahl der Überlastfälle, Status der Energiequelle (Batterie), Identifizierung der Überlastkupplung und diese Daten an die Basis weitergeleitet werden.
Lösung:
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination gelöst. Diese Lösung hat gegenüber den bekannten Anordnungen zur Überwachung des Schaltzustandes einer Überlastkupplung den besonderen Vorteil, dass die Messeinheit mit eigener Energiequelle (Batterie) verschiedene Zustandsdaten innerhalb der Kupplung aufnimmt und diese Zustandsdaten periodisch an eine von der Überlastkupplung entfernten unabhängigen Basis sendet, welche diese Zustandsdaten empfängt, auswertet und entsprechende Maßnahmen am Antrieb oder der Maschine einleiten kann.
Ausführungsbeispiel:
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtastung des Überlastfalles wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei die eigentliche mechanische Kupplung, die im Bild (1–3) gezeigt ist, schon seit längerem zum bekannten Stand der Technik gehört.
1–3:
Die Messeinheit 5, welche in der feststehenden Einstellmutter 4 der Überlastkupplung integriert ist, enthält ein Sende-Empfangsteil. Diese Messeinheit 5 kommuniziert über den HF-Sender/Empfänger bidirektional mit einer Basis 1. Die Messeinheit 5 ist dabei so gestaltet, dass sie über eine eigene Energiequelle 7, wie z. B. einer handelsüblichen Batterie verfügt. Da die Energiequelle (Batterie) durch den Bauraum der Kupplung begrenzt ist, wird, um die vorhandene Energiemenge möglichst effizient zu nutzen, jegliche Kommunikation mit der Basis 1 durch die Messeinheit 5 zeitlich bestimmt. Dies minimiert den Empfangsbetrieb und somit den Energieverbrauch. Die Messeinheit 5 meldet sich in kurzen periodischen Abständen bei der Basis 1. Dies dient der Sicherstellung der Funktionsfähigkeit der Überlastkupplung, sowie zur Kontrolle des Kommunikationskanals, damit dieser nicht durch andere Einflüsse gestört ist und somit keine Überlastmeldungen von der Messeinheit 5 übertragen werden können. Eine weitere Kontrolle ist, dass sich die Messeinheit 5 und die Basis 1 in einer zulässigen Entfernung befinden, um sich gegenseitig auszutauschen. Da die Messeinheit 5 Meldungen bei einem Überlastfall an der Kupplung unmittelbar übertragen muss, sind diese periodischen Meldungen zur Sicherstellung erforderlich.
Ablauf bei Überlast:
Wird ein bestimmtes eingestelltes Drehmoment in der Überlastkupplung erreicht, bewegt sich das Schaltteil 2 gegen die Federkraft in Richtung der Einstellmutter 4. Durch den Detektor 6, welcher sich in der feststehenden Einstellmutter 4 befindet, wird das Signal aufgenommen und über die Messeinheit 5 an die Basis 1 übertragen. Durch dieses Signal kann dann der Antrieb entsprechend stillgesetzt werden um Schaden in der Anlage zu vermeiden.
4:
Die Messeinheit 5 sendet eine Standardmeldung 8 an die Basis 1. Die Basis 1 sendet nach der ersten Standardmeldung 8 eine erste Standardquittierung 9 in einem kurzen ersten Quittierungszeitfenster 12, das unmittelbar nach der ersten Standardmeldung 8 der Messeinheit 5 beginnt.
5:
In der Standardmeldung 8 der Messeinheit 5 gibt sie ein Antwortzeitfenster 13 vor in der die Basis 1 ein Kommando 11 abgeben kann. Die Häufigkeit (Intervall) ist programmiert und über die Kommandos 11 von der Basis 1 einstellbar.
Der Vorteil dieser Anordnung ist dabei, dass die Messeinheit 5 nur für eine minimale Zeitspanne (Antwortzeitfenster 13) auf Empfang ist und somit die geringste Energie für die Kommunikation benötigt.
Die Messeinheit 5 übermittelt in jeder Standardmeldung 8 die aktuellen Zustandswerte der Kupplung an die Basis 1.
Nach der Standardmeldung 8 und nach dem Quittierungszeitfenster 12 für die Standardquittierungen 9 und Kommandos 11 im Antwortzeitfenster 13 geht die Messeinheit 5 in den Energiesparmodus über.
Tritt in dieser Zeit eine Überlast auf, wird die Messeinheit 5 aktiviert und sendet eine aktuelle Zustandsmeldung an die Basis 1. Kritische Meldungen werden so unverzüglich an die Basis 1 gemeldet.
6:
Zustandsdiagramm zur Darstellung der Funktion zwischen Messeinheit 5 und Basis 1 ohne Überlast (Normalbetrieb) und im Überlastfall.
Vorteile der Erfindung:
Messung der Überlast auf der Kupplung, innerhalb des drehenden Systems.
Keine Justage durch den Kunden nötig.
Sichere Erfassung der Überlast und keine Störungen durch Schwingungen und starke Vibrationen, welche einen externen Sensor beeinflussen können.
Meldung der Überlast über eine Funkstrecke an eine stationäre Einheit. Die stationäre Einheit kann unabhängig an der Maschine oder am Schaltschrank vorhanden sein.
Periodische Kommunikation der Messeinheit mit der Basis.
Vorwarnung wenn die Kommunikation gestört ist. Bei üblichen Ausführungen wird meistens nicht angezeigt, wenn der Sensor falsch justiert ist oder sich die Lage zur Kupplung verändert hat.
Es können weitere Betriebsdaten der Kupplung zur Speicherung und Auswertung erfolgen.
Es können Informationen zum Kunden und andere Informationen, wie z. B. Herstellerdaten in der Erfassungseinheit gespeichert werden, um z. B. die Produkt- und Kundendaten zu dokumentieren Des weiteren sind die Anzahl der Überlastfälle, die Dauer der Überlastfälle, Betriebszeiten, max. Drehzahlen, Richtungswechsel und weitere Parameter möglich.
Eine Überwachung der Energieversorgung und eine Meldung wann die Energiequelle (Batterie) 7 gewechselt werden muss, kann ebenso erfolgen.

1: Basis
2: Schaltteil (axial bewegt bei Überlast)
3: Magnet (nicht dargestellt)
4: Einstellmutter (feststehend)
5: Messeinheit
6: Detektor
7: Energiequelle (Batterie)
8: Standardmeldung
9: Standardquittierung
11: Kommando
12: Quittierungszeitfenster
13: Antwortzeitfenster

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004031693 A1 [0003]
- US 5896968 [0005]

Claims

Mechanische Überlastkupplung mit: – einem axial verschieblichen Kupplungsteil (2) – einer axial feststehenden Einstellmutter (4) – einem Ausrastmechanismus zum axialen Versetzen des verschieblichen Schaltteils (2) im Verhältnis zur Einstellmutter (4) beim Auftreten einer Überlast und – einer Messeinheit (5) mit Sender und Empfänger zur Kommunikation mit einer entfernten Basis (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (5) eine periodische Zustandsmeldung zur entfernten Basis (1) sendet.
Mechanische Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (5) bei Zustandswechsel der Überlastkupplung unmittelbar eine Zustandsmeldung zur entfernten Basis (1) sendet.
Mechanische Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (5) aus einer Energiequelle (Batterie) (7) auf der Überlastkupplung versorgt wird.
Mechanische Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (5) in periodischen, programmierbaren Abständen Kommandos (11) zur Parametrisierung der Überlastkupplung von der Basis (1) entgegennimmt.
Mechanische Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (5) Betriebsdaten der Überlastkupplung aufzeichnet und auf Kommando (11) an die Basis (1) übermitteln kann.
Mechanische Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (5) eine eindeutige Kennung zur Identifizierung der Überlastkupplung enthält die über Kommando (11) von der Basis (1) abgefragt werden kann.
Mechanische Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit einen periodischen Status über die Energiequelle (Batterie) (7) an die Basis (1) übermittelt.
Mechanische Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei fehlender Standardquittierung (9) der Basis (1) die Messeinheit (5) die periodischen Intervalle zwischen den Meldungen verlängert und auf das Ursprungsintervall zurückkehrt wenn die erste Standardquittierung (9) wieder empfangen wird.
Verfahren zum Erkennen einer Überlastsituation in einer Überlastkupplung, die durch die axiale Verschiebung eines axial verschieblichen Schaltteiles (2) im Verhältnis zu einer Einstellmutter (4) mechanisch ausrastet, dadurch gekennzeichnet, durch – Verändern des Magnetfeldes eines auf der Einstellmutter angebrachten Magneten (3) durch die Abstandsänderung zwischen dem axial verschieblichen Schaltteil (2) und Einstellmutter (4) und – Erkennen der Magnetfeldänderung durch einen auf der Einstellmutter (4) angebrachten Detektor (6) und – Übertragen eines den abgefühlten Abstand darstellenden Signals an eine entfernte Basis (1).