DE102009003732A1 - Flexible drive belt for use in industrial application, has sensor detecting operating conditions, and piezoelement that is connected with sensor by electrical connection elements e.g. electrical conductors, for generating energy portions - Google Patents

Flexible drive belt for use in industrial application, has sensor detecting operating conditions, and piezoelement that is connected with sensor by electrical connection elements e.g. electrical conductors, for generating energy portions Download PDF

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Abstract

The belt (1) has a sensor (8) detecting operating conditions, and a piezoelement (6), where electrical energy portions are generatable by the piezoelement during temporal change of its bending radius. The piezoelement is connected with the sensor by electrical connection elements e.g. electrical conductors (7). The piezoelement is arranged in a neutral position (5) of the belt. The piezoelement is inserted into a pouch with the sensor and the connection elements after vulcanization of the belt such that the piezoelement is coupled to the belt by movement.

Description

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Riemen, insbesondere Antriebsriemen, mit mindestens einem Sensor zur Erfassung von Betriebszuständen.The The invention relates to a flexible belt, in particular drive belt, with at least one sensor for detecting operating conditions.

Riemen mit Sensorik zur Betriebsdatenerfassung sind an sich bekannt und im industriellen Einsatz. Die Nutzung der Sensorik beschränkt sich dabei nicht auf Antriebsriemen, auch im Bereich der Fördergurte kommen Sensoren der genannten Art zum Einsatz.belt with sensors for operational data acquisition are known and in industrial use. The use of sensors is limited not on drive belts, also in the area of conveyor belts sensors of the type mentioned are used.

So wird in der DE 196 01 899 C1 ein Fördergurt mit eingebetteten Leiterschleifen offenbart, wobei ein in den Leiterschleifen induktiv erzeugter Stromfluss dazu verwendbar ist, den bewegten Fördergurt ständig zu überwachen. Da der Stromfluss bei stehendem Gurt endet, ist eine Überwachung nur während des Betriebes möglich. Außerdem ist eine Datenspeicherung mit einem derartigen System nur extern möglich.So will in the DE 196 01 899 C1 discloses a conveyor belt with embedded conductor loops, wherein a current flow inductively generated in the conductor loops can be used to constantly monitor the moving conveyor belt. Since the current flow ends when the belt is stationary, monitoring is only possible during operation. In addition, data storage with such a system is only possible externally.

In der WO 2007/109896 A1 ist eine Einrichtung zur Überwachung des Verschleiß- und Betriebsverhaltens eines Antriebsriemens offenbart. Bei einem neuen unbelasteten Riemen sind seine Ladungen gleichmäßig in dem Riemen verteilt. Diese sind über einen außerhalb des Riemens in der Nähe des im Betrieb befindlichen Riemens angeordneten Sensor erfassbar. Änderungen im Betriebsverhalten äußern sich dabei in Änderungen der im Betrieb mittels des Sensors gemessenen Ladungsdichte.In the WO 2007/109896 A1 a device for monitoring the wear and performance of a drive belt is disclosed. With a new unloaded belt its charges are evenly distributed in the belt. These can be detected via a sensor arranged outside the belt in the vicinity of the belt in operation. Changes in the operating behavior are reflected in changes in the charge density measured during operation by means of the sensor.

Das Ergebnis dieser Messungen ist jedoch von der tatsächlichen Verteilung der Ladungen im Riemen abhängig. Außerdem sind nur Änderungen der Ladungsverteilung aussagefähig, so dass die Beurteilung der Ladungsverteilung eines bereits im Betrieb belasteten Riemens beispielsweise nach längerem Stillstand des Riemens erst nach aufwendigen Vergleichsmessungen möglich ist. Eine Speicherung der Daten und eine Nachverfolgung der Betriebshistorie des Riemens ist nur extern möglich, wobei die Gefahr besteht, dass Messergebnisse nicht immer dem richtigen Riemen zugeordnet werden.The However, the result of these measurements is different from the actual one Distribution of loads in the belt depends. Furthermore only changes in the charge distribution are meaningful, so that the assessment of the charge distribution of a loaded already in operation Belt, for example, after prolonged downtime of the belt only possible after complex comparative measurements. A storage of the data and a follow-up of the operating history of the belt is only possible externally, with the risk that measurement results are not always assigned to the right belt become.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Riemen der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei dem der Betrieb des mindestens einen Sensors durch eine eigene interne Stromversorgung möglich ist.Of the Invention is based on the object, a belt of the above described manner in which the operation of at least a sensor by its own internal power supply possible is.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in dem Riemen mindestens ein flexibles Piezoelement angeordnet ist, durch welches bei zeitlicher Änderung seines Biegeradius elektrische Energieportionen erzeugbar sind und welches über ebenfalls im Riemen angeordnete elektrische Verbindungselemente mit dem mindestens einen Sensor verbunden ist.These Task is solved in that in the belt at least a flexible piezoelectric element is arranged, through which with temporal change its bending radius electrical energy portions are generated and which is also arranged in the belt electrical Connecting elements is connected to the at least one sensor.

Das eingebettete Piezoelement ist im Betrieb des Riemens ständig Veränderungen seines Biegeradius unterworfen, da es bei Ein- und Auslauf des Riemens auf und von Riemenscheiben eines Riementriebes den dabei notwendigen Biegungen des Riemens folgt. Daher sind während des Betriebes unter Ausnutzung des piezoelektrischen Quereffektes (d31-Effekt) laufend elektrische Energieportionen erzeugbar, die zum Betrieb des mindestens einen Sensors verwendbar sind.The embedded piezoelectric element is constantly subjected to changes in its bending radius in the operation of the belt, since it follows the necessary bending of the belt at the inlet and outlet of the belt on and from pulleys of a belt drive. Therefore, during operation by utilizing the piezoelectric transverse effect (d 31 effect) continuously electrical energy portions can be generated, which are used to operate the at least one sensor.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das mindestens eine Piezoelement in der neutralen Lage des Riemens angeordnet.In a development of the invention is the at least one piezoelectric element arranged in the neutral position of the belt.

Durch die Anordnung des Piezoelementes in der neutralen Lage sind die Energieportionen, die durch das Piezoelement erzeugbar sind, unabhängig von der Biegerichtung und der Art des Riemens vom Betrag her bei jeder Biegung gleichen Radius' etwa gleich. Außerdem ist durch diese Anordnung das Biegeverhalten des Riemens am wenigsten verändert.By the arrangement of the piezoelectric element in the neutral position are the Energy Portions, which can be generated by the piezoelectric element, regardless of the direction of bending and the type of belt in terms of amount at each Bending same radius' about the same. It is also through this arrangement least changes the bending behavior of the belt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das flexible Piezoelement durch Einvulkanisierung beim Herstellprozess des Riemens fest und unlösbar in dem Riemen verankert.In a development of the invention is the flexible piezoelectric element stuck by vulcanization during the manufacturing process of the belt and undetachably anchored in the belt.

Durch die Einvulkanisierung des Piezoelements ist eine besonders gute Kopplung des flexiblen Piezoelementes an die Bewegungen des Riemens gegeben.By the vulcanization of the piezoelectric element is a particularly good Coupling of the flexible piezo element given to the movements of the belt.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Riemen eine Tasche auf, in die das flexible Piezoelement nach der Vulkanisation des Riemens derart mit dem mindestens einen Sensor und den elektrischen Verbindungselementen einsteckbar ist, dass das flexible Piezoelement an die Bewegungen des Riemens im Betrieb gekoppelt ist.In In a further development of the invention, the belt has a pocket, in which the flexible piezoelectric element after vulcanization of the belt such with the at least one sensor and the electrical connection elements it can be plugged in, that the flexible piezo element to the movements of the belt is coupled during operation.

Die Tasche im fertig vulkanisierten Riemen ermöglicht die nachträgliche Montage der elektrischen Bauelemente, so dass diese nicht der thermischen Belastung bei der Vulkanisation ausgesetzt sind.The Bag in finished vulcanized belt allows the subsequent Assembly of the electrical components, so that these are not the thermal Exposure to vulcanization.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Tasche des Riemens nach dem Einstecken des flexiblen Piezoelementes mit dem mindestens einen Sensor und den elektrischen Verbindungselementen irreversibel verschließbar.In a development of the invention, the bag of the belt is after the insertion of the flexible piezoelectric element with the at least one sensor and the electrical connection elements irreversibly closed.

Durch die irreversible Verschließbarkeit der Tasche, beispielsweise durch einen Klebevorgang, sind die elektrischen Bauteile gegen Veränderung ihrer Lage gegenüber dem Riemen und gegen äußere Einflüsse auch beim Betrieb des Riemens gut geschützt.Due to the irreversible closeability of the bag, for example by a gluing process, the electrical components are well ge against change in their position relative to the belt and against external influences during operation of the belt protects.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Riemen der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei dem eine interne Verarbeitung und Speicherung der Daten ermöglicht ist, bei dem die Daten auch bei Stillstand zur Verfügung stehen und bei dem eine eindeutige Zuordnung der Betriebsdaten zu dem Riemen gewährleistet ist.Of the Invention is further based on the object, a belt of of the type described above, in which an internal processing and Storage of the data is possible, in which the data are also available at standstill and in which one ensures clear assignment of operating data to the belt is.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Riemen weiterhin mindestens eine Einrichtung zur elektrischen Gleichrichtung der erzeugten Energieportionen aufweist, die mit dem mindestens einen Piezoelement und/oder dem mindestens einen Sensor in elektrischer Verbindung steht.These Task is solved by continuing the belt at least one device for electrical rectification of generated energy portions, with the at least one Piezoelectric element and / or the at least one sensor in electrical Connection stands.

Durch den mindestens einen Gleichrichter ist der elektrische Betrieb des Sensors vereinfacht, da mit einer Gleichspannung auch elektronische Bauteile zur Auswertung und Speicherung von Daten betreibbar sind.By the at least one rectifier is the electrical operation of the Sensors simplified because with a DC voltage and electronic Components for the evaluation and storage of data are operable.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Riemen mindestens einen elektrischen Energiespeicher auf, der mit dem mindestens einen Piezoelement und/oder dem mindestens einen Gleichrichter und/oder dem mindestens einen Sensor in elektrischer Verbindung steht.In In a further development of the invention, the belt has at least one electrical energy storage, with the at least one piezoelectric element and / or the at least one rectifier and / or the at least a sensor is in electrical connection.

Mit Hilfe des mindestens einen elektrischen Energiespeichers lassen sich die erzeugten und gleichgerichteten elektrischen Energieportionen aus dem Piezoelement speichern. Der mindestens eine Sensor ist dann aus dem Energiespeicher versorgbar. Damit ist der Betrieb des mindestens einen Sensors auch vollkontinuierlich und auch bei Stillstand des Riemens möglich.With Leave help of the at least one electrical energy store the generated and rectified electrical energy portions store from the piezo element. The at least one sensor is then supplied from the energy store. This is the operation of at least a sensor also fully continuous and at standstill of the Belt possible.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Riemen weiterhin mindestens einen elektronischen Datenspeicher auf, der mit dem mindestens einen Sensor in elektrischer Verbindung steht.In a development of the invention, the belt continues to at least an electronic data storage, with the at least one Sensor is in electrical connection.

Durch die kontinuierliche Energieversorgung und den Datenspeicher ist es möglich, die Betriebshistorie des Riemens aus den gespeicherten Daten des Datenspeichers dauerhaft im Riemen zu archivieren und durch geeignete Mittel abzurufen. Damit sind die erfassten Betriebsdaten dauerhaft und eindeutig dem Riemen zuzuordnen. Es lässt sich beispielsweise auch ein demontierter Riemen auf seine weitere Betriebsfähigkeit prüfen, ohne ihn erneut einbauen zu müssen.By the continuous power supply and the data storage is It is possible to save the operating history of the belt from the To permanently archive data of the data memory in the belt and to retrieve by appropriate means. This is the recorded operating data permanent and unambiguous to the belt. It leaves For example, a disassembled belt on his other Check operability without reinstalling it to have to.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Riemen mindestens eine elektronische Auswerteeinheit auf, mit der die Anzahl der im Betrieb des Riemens erzeugten Energieportionen des mindestens einen Piezoelementes registrierbar ist.In In a further development of the invention, the belt has at least one electronic evaluation unit, with which the number of operating the belt generated energy portions of the at least one piezoelectric element is registrable.

Da die Anzahl der Energieportionen direkt proportional zu der Anzahl der Biegewechsel des Riemens ist, ist durch die Auswerteeinheit direkt und einfach eine Beurteilung der bereits abgelaufenen Lebensdauer des Riemens möglich.There the number of energy portions directly proportional to the number is the bending change of the belt, is through the evaluation unit direct and easy assessment of the already expired life of the belt possible.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert.Based The drawing will be closer to an example of the invention explained.

Die 1 zeigt einen flexiblen Antriebsriemen 1 aus elastomerem Material, der auf einer Riemenscheibe 2 mit einem Lager 3 und einer Achse 4 aufliegt. Der Antriebsriemen 1 weist eine neutrale Lage 5 auf, die hier gestrichelt dargestellt ist. In der neutralen Lage 5 sind hier nicht dargestellte Zugstränge in das elastomere Material des Antriebsriemens 1 eingebettet. Ebenfalls in der neutralen Lage 5 in das elastomere Material eingebettet ist ein Piezoelement 6 angeordnet. Das Piezoelement 6 ist derart in das elastomere Material eingebettet, dass es Biegungen des Antriebsriemen 1 folgt. Das Piezoelement 6 ist mittels elektrischer Leiter 7 mit einer Sensorbaugruppe 8 elektrisch leitend verbunden, wobei die Leiter 7 gegeneinander und gegen das elastomere Material elektrisch isoliert sind.The 1 shows a flexible drive belt 1 made of elastomeric material on a pulley 2 with a warehouse 3 and an axis 4 rests. The drive belt 1 has a neutral location 5 on, which is shown here by dashed lines. In the neutral position 5 are not shown here tensile cords in the elastomeric material of the drive belt 1 embedded. Also in the neutral location 5 embedded in the elastomeric material is a piezoelectric element 6 arranged. The piezo element 6 is embedded in the elastomeric material such that it bends the drive belt 1 follows. The piezo element 6 is by means of electrical conductors 7 with a sensor assembly 8th electrically connected, wherein the conductors 7 against each other and against the elastomeric material are electrically isolated.

Die Sensorbaugruppe 8 umfasst einen Transponder, einen Gleichrichter und einen Energiespeicher in Form eines Mikroakkus, wobei diese Bauteile hier nicht im Einzelnen dargestellt sind.The sensor assembly 8th includes a transponder, a rectifier and an energy storage in the form of a micro-battery, these components are not shown here in detail.

Das Piezoelement 6 weist in der gezeigten Lage einen Biegeradius auf, der in der gezeigten Lage in etwa dem Biegeradius der neutralen Lage 5 des Riemens 1 entspricht. Nach einer Drehung der Riemenscheibe 2 gegen den Uhrzeigersinn liegt das Piezoelement 6 mit den Leitern 7 und der Sensorbaugruppe 8 in einem Bereich 9, in dem der Riemen 1 die Riemenscheibe 2 verlässt. Dabei ist die Biegung des Antriebsriemens 1 von der Krümmung auf der Riemenscheibe 2 in den geraden Zustand des einen von 2 Trumen 10 übergegangen. Das Piezoelement 6 ist dieser Veränderung gefolgt, wobei durch das Piezoelement 6 über die Leiter 7 eine Portion elektrische Energie an die Sensorbaugruppe 8 abgebbar ist.The piezo element 6 has in the position shown on a bending radius, in the position shown approximately in the bending radius of the neutral position 5 of the belt 1 equivalent. After a rotation of the pulley 2 counterclockwise lies the piezoelectric element 6 with the ladders 7 and the sensor assembly 8th in one area 9 in which the belt 1 the pulley 2 leaves. Here is the bend of the drive belt 1 from the curvature on the pulley 2 in the straight state of one of 2 dreams 10 passed. The piezo element 6 this change has been followed by the piezo element 6 over the ladder 7 a portion of electrical energy to the sensor assembly 8th is deliverable.

11
Flexibler Antriebsriemen flexible drive belts
22
Riemenscheibepulley
33
Lager der Riemenscheibe 2 Bearing of the pulley 2
44
Achse der Riemenscheibe 2 Axis of the pulley 2
55
Neutrale Lage des Antriebsriemens 1 Neutral position of the drive belt 1
66
Piezoelementpiezo element
77
Elektrische Leiterelectrical ladder
88th
Sensorbaugruppesensor assembly
99
Bereich, in dem der Riemen 1 die Scheibe 2 verlässtArea in which the belt 1 the disc 2 leaves
1010
Trume des Antriebsriemens 1 Träume the drive belt 1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (9)

Flexibler Riemen (1), insbesondere Antriebsriemen, mit mindestens einem Sensor (8) zur Erfassung von Betriebszuständen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Riemen (1) mindestens ein flexibles Piezoelement (6) angeordnet ist, durch welches bei zeitlicher Änderung seines Biegeradius elektrische Energieportionen erzeugbar sind und welches über ebenfalls im Riemen (1) angeordnete elektrische Verbindungselemente (7) mit dem mindestens einen Sensor (8) verbunden ist.Flexible belt ( 1 ), in particular drive belts, with at least one sensor ( 8th ) for detecting operating conditions, characterized in that in the belt ( 1 ) at least one flexible piezoelectric element ( 6 ) is arranged, through which with time change of its bending radius electrical energy portions are generated and which also in the belt ( 1 ) arranged electrical connecting elements ( 7 ) with the at least one sensor ( 8th ) connected is. Flexibler Riemen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Piezoelement (6) in der neutralen Lage (5) des Riemens (1) angeordnet ist.Flexible belt ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the at least one piezo element ( 6 ) in the neutral position ( 5 ) of the belt ( 1 ) is arranged. Flexibler Riemen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Piezoelement (6) durch Einvulkanisierung beim Herstellprozess des Riemens (1) fest und unlösbar in dem Riemen (1) verankert ist.Flexible belt ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the flexible piezoelectric element ( 6 ) by vulcanization in the manufacturing process of the belt ( 1 ) firmly and unsolvable in the belt ( 1 ) is anchored. Flexibler Riemen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (1) eine Tasche aufweist, in die das flexible Piezoelement (6) nach der Vulkanisation des Riemens (1) derart mit dem mindestens einen Sensor (8) und den elektrischen Verbindungselementen (7) einsteckbar ist, dass das flexible Piezoelement (6) an die Bewegungen des Riemens (1) im Betrieb gekoppelt ist.Flexible belt ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the belt ( 1 ) has a pocket into which the flexible piezoelectric element ( 6 ) after vulcanization of the belt ( 1 ) in such a way with the at least one sensor ( 8th ) and the electrical connection elements ( 7 ) is plugged that the flexible piezoelectric element ( 6 ) to the movements of the belt ( 1 ) is coupled in operation. Flexibler Riemen (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasche des Riemens (1) nach dem Einstecken des flexiblen Piezoelementes (6) mit dem mindestens einen Sensor (8) und den elektrischen Verbindungselementen (7) irreversibel verschließbar ist.Flexible belt ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the pocket of the belt ( 1 ) after insertion of the flexible piezoelectric element ( 6 ) with the at least one sensor ( 8th ) and the electrical connection elements ( 7 ) is irreversibly closed. Flexibler Riemen (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (1) mindestens eine Einrichtung zur elektrischen Gleichrichtung der erzeugten Energieportionen aufweist, die mit dem mindestens einen Piezoelement (6) und/oder dem mindestens einen Sensor (8) in elektrischer Verbindung steht.Flexible belt ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the belt ( 1 ) has at least one device for the electrical rectification of the generated energy portions, which with the at least one piezoelectric element ( 6 ) and / or the at least one sensor ( 8th ) is in electrical connection. Flexibler Riemen (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (1) mindestens einen elektrischen Energiespeicher aufweist, der mit dem mindestens einen Piezoelement (6) und/oder dem mindestens einen Gleichrichter und/oder dem mindestens einen Sensor (8) in elektrischer Verbindung steht.Flexible belt ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the belt ( 1 ) has at least one electrical energy store which is connected to the at least one piezoelement ( 6 ) and / or the at least one rectifier and / or the at least one sensor ( 8th ) is in electrical connection. Flexibler Riemen (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (1) mindestens einen elektronischen Datenspeicher aufweist, der mit dem mindestens einen Sensor (8) in elektrischer Verbindung steht.Flexible belt ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the belt ( 1 ) has at least one electronic data memory which is connected to the at least one sensor ( 8th ) is in electrical connection. Flexibler Riemen (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (1) mindestens eine elektronische Auswerteeinheit aufweist, mit der die Anzahl der im Betrieb des Riemens (1) erzeugten Energieportionen des mindestens einen Piezoelementes (6) registrierbar ist.Flexible belt ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the belt ( 1 ) has at least one electronic evaluation unit with which the number of operation of the belt ( 1 ) generated energy portions of the at least one piezoelectric element ( 6 ) is registrable.
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