DE102017223196A1

DE102017223196A1 - Rolle, vorzugsweise Antriebsrolle, für eine Förderanlage

Info

Publication number: DE102017223196A1
Application number: DE102017223196.3A
Authority: DE
Inventors: Tobias Ständer; Michael Möschen-Siekmann
Original assignee: ContiTech Transportbandsysteme GmbH
Current assignee: ContiTech Transportbandsysteme GmbH
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Rolle (1), vorzugsweise Antriebsrolle (1), für eine Förderanlage mit einem Rollenkörper (11), welcher ausgebildet ist, drehbar in einer Förderanlage gelagert und von einem Förderband zumindest abschnittsweise umschlungen zu werden, und mit einer Elastomerschicht (12), welche zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, radial außen auf dem Rollenkörper (11) angeordnet ist. Die Rolle (1) ist durch wenigstens einen Sensor (2) gekennzeichnet, welcher ausgebildet und angeordnet ist, eine Kraft im Kraftfluss zwischen dem Rollenkörper (11) und dem Förderband direkt oder indirekt zu erfassen, wobei der Sensor (2) wenigstens eine elastische Schicht (20), wenigstens eine erste Elektrode (21) und wenigstens eine zweite Elektrode (22) aufweist, wobei die elastische Schicht (20) zumindest abschnittweise, vorzugsweise vollständig, zwischen der ersten Elektrode (21) und der zweiten Elektrode (22) angeordnet ist, wobei der Sensor (2) derart im Kraftfluss zwischen dem Rollenkörper (11) und dem Förderband angeordnet ist, so dass durch die Kraft der Abstand der beiden Elektroden (21, 22) zueinander verändert und hierüber die Kraft zumindest teilweise erfasst werden kann, wobei die elastische Schicht (20) eine Kautschukmischung aufweist, welche wenigstens einen Silikonkautschuk als einzige Kautschukkomponente und Mikrohohlkugeln aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rolle, vorzugsweise eine Antriebsrolle, für eine Förderanlage gemäß des Patentanspruchs 1 sowie eine Förderanlage mit einer derartigen Rolle gemäß des Patentanspruchs 16.
Auf dem technischen Gebiet der Fördertechnik sind Förderbänder bekannt, welche endlos geschlossen um wenigstens zwei Rollen geführt werden, von denen wenigstens eine Rolle eine Antriebsrolle ist. Ein Förderband mit seinen wenigstens zwei Rollen kann als Förderanlage bezeichnet werden. Das Förderband kann von der Antriebsrolle angetrieben werden, um z.B. ein Fördergut mit sich mit zu transportieren. Derartige Förderbändern werden in verschiedenen Größen und Ausgestaltungen vielfältig eingesetzt. Es sind Anwendungen zum Transport von losem Schüttgut z.B. in Minen, Häfen, Eisenbahnverladestationen und dergleichen ebenso möglich wie der Transport von Stückgut wie z.B. von Paketen z.B. in Logistikunternehmen sowie z.B. von Gepäckstücken z.B. in Flughäfen. Auch können Förderbänder z.B. in der Automobilindustrie zur Mitnahme der Mitarbeiter in der Montage eingesetzt werden. Die Förderbänder können auch als Transportbänder oder als Fördergurte bezeichnet werden.
Die Antriebsrolle derartiger Förderbänder ist üblicherweise als zylindrischer Rollenkörper ausgebildet, welcher mittels einer Welle oder eines Zapfens drehbeweglich an einem feststehenden Teil der Förderanlage gelagert ist. Die radiale Außenfläche des Rollenkörpers kann mit einer Beschichtung versehen sein, um die Reibung gegenüber der Innenseite des anzutreibenden Förderbands zu erhöhen. Zumindest bei Anwendungen von schwereren und längeren Förderbändern z.B. zum Transport von Schüttgut wird üblicherweise zu diesem Zweck ein Elastomerschicht vorgesehen.
Neben den zuvor beschriebenen Antriebsrollen können bei Förderbändern zusätzlich auch Umlenkrollen, Führungsrollen und bzw. oder Stützrollen verwendet werden, um das Förderband nicht nur anzutreiben sondern umlenken, führen und bzw. oder abstützen zu können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rolle, insbesondere eine Antriebsrolle, einer Förderanlage der eingangs beschriebenen Art in ihrem Funktionsumfang zu erweitern. Insbesondere soll die Rolle um sensorische Fähigkeiten ergänzt werden. Dies soll möglichst einfach und bzw. oder möglichst kostengünstig und bzw. oder möglichst genau messend und bzw. oder möglichst robust umgesetzt werden können. Zumindest soll eine alternative Rolle für eine Förderanlage zur Verfügung gestellt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Rolle, vorzugsweise durch eine Antriebsrolle, mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Förderanlage mit den Merkmalen gemäß Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine Rolle, vorzugsweise eine Antriebsrolle, für eine Förderanlage mit einem Rollenkörper, welcher ausgebildet ist, drehbar in einer Förderanlage gelagert und von einem Förderband zumindest abschnittsweise umschlungen zu werden, und mit einer Elastomerschicht, welche zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, radial außen auf dem Rollenkörper angeordnet ist. Der Rollenkörper ist vorzugsweise starr und belastbar ausgebildet. Dies kann je nach Anwendungsfall durch Kunststoff oder durch Metall, insbesondere durch Stahl, umgesetzt werden. Der Rollenkörper und bzw. oder die Rolle als Ganzes ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, wobei auch konkave, konvexe oder ballige Formen möglich sind. Die Elastomerschicht ist elastisch ausgebildet, d.h. sie kann unter Krafteinwirkung ihre Form verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft in ihre Ursprungsform zurückkehren. Vorzugsweise weist die Elastomerschicht eine vulkanisierte Kautschukmischung auf bzw. ist hieraus ausgebildet.
Die Rolle ist durch wenigstens einen Sensor gekennzeichnet, welcher ausgebildet und angeordnet ist, eine Kraft im Kraftfluss zwischen dem Rollenkörper und dem Förderband direkt oder indirekt zu erfassen. Zu einer direkten Erfassung der Kraft kann der Sensor zwischen dem Rollenkörper und dem Förderband direkt im Kraftfluss angeordnet sein. Zur indirekten Erfassung der Kraft kann der Sensor außerhalb des Kraftflusses angeordnet sein, wobei z.B. über ein Fluid, welches im Kraftfluss angeordnet ist, eine Übertragung von Kräften auf den Sensor erfolgen kann.
Der Sensor weist wenigstens eine elastische Schicht, wenigstens eine erste Elektrode und wenigstens eine zweite Elektrode auf, wobei die elastische Schicht zumindest abschnittweise, vorzugsweise vollständig, zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist. Die elastische Schicht weist vorzugsweise ein elastomeres Material auf bzw. ist hieraus ausgebildet. Die elastische Schicht ist nicht-elektrisch leitfähig, d.h. elektrisch isolierend bzw. dielektrisch, ausgebildet, um die beiden Elektroden elektrisch gegenüber einander zu isolieren. Unter einer Elektrode ist ein Elektronenleiter zu verstehen, welcher im Zusammenspiel mit einer zweiten (Gegen-)Elektrode mit einem zwischen beiden Elektroden befindlichen Medium wie hier der elastischen Schicht in Wechselwirkung steht. Elektroden können elektrische Leiter wie z.B. Metall oder Graphit aufweisen oder hieraus bestehen. Die Elektroden können flächig oder linienförmig ausgebildet sein. Mittels eines derartigen Sensors kann der Abstand zwischen den beiden Elektroden z.B. kapazitiv erfasst werden. Der Sensor kann, wie im Folgenden näher beschrieben werden wird, z.B. koaxial oder durch übereinanderliegende Schichten ausgebildet sein. Bei der Ausgestaltung mit übereinanderliegenden Schichten sind jegliche geometrische Formen möglich, welche je nach Anwendungsfall die Umsetzung des vorliegenden Sensorprinzips ermöglichen.
Der Sensor ist derart im Kraftfluss zwischen dem Rollenkörper und dem Förderband angeordnet, so dass durch die Kraft der Abstand der beiden Elektroden zueinander verändert und hierüber die Kraft zumindest teilweise erfasst werden kann. Mit anderen Worten ist der Sensor ausgebildet, über den Abstand der beiden Elektroden zueinander auf die Stärke der Kraft zwischen dem Rollenkörper und dem Förderband zu schließen, welche diesen Abstand verändert. Aufgrund der elastischen Eigenschaft des Elastomerelements kann sich der Abstand zwischen den beiden Elektroden bei einer zunehmenden Kraft verringern. Ebenso kann sich der Abstand zwischen den beiden Elektroden bei einer Abnahme der Kraft wieder zurück auf den Abstand im unbelasteten Zustand vergrößern.
Die elastische Schicht weist eine Kautschukmischung auf, welche wenigstens einen Silikonkautschuk als einzige Kautschukkomponente und Mikrohohlkugeln aufweist. Hierbei können alle der fachkundigen Person bekannten Silikonkautschuke verwendet werden. Vorzugsweise können Silikonkautschuke verwendet werden, welche auch als Poly(organo)siloxane bezeichnet werden können. Diese weisen für Vernetzungsreaktionen zugängige Gruppen auf, wobei es sich vorwiegend, aber nicht ausschließlich, um Wasserstoffatome, Hydroxygruppen und Vinylgruppen handelt, welche sich jeweils in der Kette oder an den Kettenenden befinden können.
Es können sowohl kaltvernetzende Silikonkautschuke (RTV = Raumtemperatur vernetzend) als auch heißvernetzende Silikonkautschuke (HTV = Hochtemperatur vernetzend) verwendet werden. Bei den RTV-Silikonkautschuken lassen sich Ein- und Zweikomponentensysteme unterscheiden. Der Silikonkautschuk kann auch als Vormischung aus Polymer, Füllstoff und Öl, wie auf dem Markt üblich, eingesetzt werden.
Insbesondere zur Einstellung der Viskosität kann die Kautschukmischung zusätzlich noch wenigstens einen Weichmacher aufweisen. Hierbei können alle der fachkundigen Person bekannten Weichmacher verwendet werden, die kompatibel mit dem jeweiligen Silikonkautschuk sind. Insbesondere die Verwendung von Silikonöl hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, da dies gut mit dem Silikonkautschuk verträglich ist. Besonders gut geeignet haben sich einvernetzende Silikonöle gezeigt, die sich an der Vernetzung der Kautschukmischung beteiligen und häufig als vernetzbare Silikonöle bezeichnet werden. Diese führen zu einer weiteren deutlichen Reduzierung eines möglichen Ausschwitzens von Weichmachern, wie es bei den Isolierschläuchen aus dem Stand der Technik bisweilen beobachtet werden kann.
Um die Elastizität bzw. die Kompressibilität der Kautschukmischung zu erhöhen, weist die Kautschukmischung eine Porenstruktur auf. Hierdurch können gleichzeitig die thermischen oder auch akustischen Isolationseigenschaften der Kautschukmischung verbessert werden. Diese Porenstruktur erfolgt durch den Einsatz von Mikrohohlkugeln, die in die Kautschukmischung eingemischt sind. Bei den Mikrohohlkugeln, oft auch einfach als Mikrokugeln bezeichnet, handelt es sich um hohle Kugeln (Mikrosphären) mit einem Durchmesser im µm-Bereich aus Glas, Phenolharz, Kohlenstoff oder thermoplastischem Kunststoffmaterial. Es gibt sie in expandierbarer Form, wobei sie mit einem Treibmittel gefüllt sind und sich beim Erwärmen ausdehnen, oder in vorexpandierter Form, bei der die Ausdehnung schon abgeschlossen ist. Bevorzugt enthält die Kautschukmischung 2 bis 200 phr Mikrokugeln, besonders bevorzugt 2 bis 30 phr, ganz besonders bevorzugt 2 bis 15 phr bereits expandierte Mikrokugeln aus thermoplastischen Material, so dass die Kautschukmischung bereits vor der dem Aufbau der elastischen Schicht bzw. vor der Vernetzung eine Porenstruktur aufweist.
Neben der hierdurch erhöhten Elastizität bzw. Kompressibilität der Kautschukmischung bieten Mikrokugeln ferner den Vorteil der Bildung einer geschlossenen Porenstruktur, die für Isolationszwecke wegen geringerer Konvektion in den Poren besser geeignet ist. Je höher die Menge an expandierten Mikrokugeln, desto besser wird durch den höheren Porenanteil die Isolationswirkung. Bei zu großen Mengen an Mikrokugeln können sich jedoch verarbeitungstechnische Probleme bei der Mischungsherstellung oder -verarbeitung ergeben.
Alternativ kann die Kautschukmischung 10 bis 200 phr Mikrokugeln aus Glas enthalten. Mit dieser Variante lässt sich eine Kautschukmischung mit höherer Standfestigkeit bei jedoch geringerer Elastizität bzw. Kompressibilität erhalten, da sich Mikrokugeln aus Glas im Gegensatz zu Mikrokugeln aus thermoplastischem Material nicht komprimieren lassen. Diese reduzierte Elastizität bzw. Kompressibilität, welche dennoch größer als bei bekannten derartigen Sensoren sein kann, kann je nach Anwendungsfall ggfs. zugunsten der höheren Standfestigkeit bzw. Lebensdauer der elastischen Schicht in Kauf genommen werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass mittels eines derartigen Sensors aufgrund der vergleichsweise hohen Elastizität bzw. Kompressibilität der elastischen Schicht des Sensors ein überdurchschnittlich sensibler Sensor geschaffen werden kann, welcher entsprechend genaue Messwerte liefern kann. Gleichzeitig kann ein derartiger Sensor einfach und robust in eine derartige Rolle integriert werden. Auf diese Art und Weise kann eine vergleichsweise genaue Messung der Kraft im Kraftfluss einer derartigen Rolle geschaffen werden, ohne hierzu externe und ggfs. zu schützende Bauteile zu verwenden. Gleichzeitig kann ein derartiger Sensor bzw. eine derartige Rolle einfach und bzw. oder kostengünstig umgesetzt werden. Auch kann ein derartiger Sensor bzw. eine derartige Rolle robust gegen Umwelteinflüsse wie z.B. Wasser, Feuchtigkeit, Staub, Schlamm, Steine und dergleichen sein.
Vorteilhaft ist hierbei auch, dass ein derartiger Sensor bereits vor der Vulkanisation der Elastomerschicht in diese eingebettet bzw. an dieser angeordnet werden kann. Dies kann die Herstellung der Rolle als Ganzes vereinfachen, um die sensorische Funktion zu schaffen.
Vorteilhaft ist des Weiteren, dass eine derartige Rolle auch nachträglich geschaffen werden kann, indem ein derartiger Sensor in eine bestehende Rolle eingebracht wird. Somit können die erfindungsgemäß erreichbaren Eigenschaften und Vorteile bei bestehenden hierzu geeigneten Rollen nachgerüstet und genutzt werden.
Es können auch mehrere derartige Sensoren verwendet werden, welche gleich oder unterschiedlich ausgebildet und angeordnet sein können. Hierdurch können Messwerte an mehreren Stellen unabhängig voneinander erfasst werden. Diese mehreren Messwerte können beispielsweise dahingehend ausgewertet werden, um Verkippungen und bzw. oder Verdrehungen der Rolle zu erkennen sowie das Maß der Verkippung bzw. Verdrehung zu erkennen, wie weiter unten noch näher beschrieben werden wird.
Der Sensor kann dabei in allen möglichen Formen ausgebildet und angeordnet sein. Beispielsweise kann der Sensor geradlinig, gebogen, spiralförmig, kreisförmig, in Kreuzform, dreieckig, viereckig etc. verlegt werden. Hierdurch kann die Erfassung der Kraft je nach Anwendungsfall möglichst repräsentativ erreicht werden.
Die mittels des Sensors erfassten Werte können dabei drahtgebunden, z.B. über Schleifkontakte, oder drahtlos von der drehbeweglichen Rolle an die Umgebung übertragen werden, um dort z.B. mittels einer Auswerteeinheit in Kräfte, Drücke oder sonstige physikalische Größen verarbeitet zu werden, welche dann z.B. zur Steuerung und Regelung einer Förderanlage verwendet werden können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Sensor als weitere Schicht ausgebildet, welche radial zwischen dem Rollenkörper und dem Förderband, vorzugsweise zwischen dem Rollenkörper und der Elastomerschicht, angeordnet ist. Hierdurch kann eine großflächige bzw. vollflächige Erfassung der Kraft erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Sensor in der Elastomerschicht eingebettet, wobei der Sensor vorzugsweise direkt von dem Material der Elastomerschicht umgeben wird. Unter einer Einbettung des Sensors in der Elastomerschicht ist zu verstehen, dass der Sensor vollständig von dem Material der Elastomerschicht umgeben wird. Hierdurch können z.B. ein Ende oder beide Enden des Sensors ausgenommen sein, um diese zur Weiterleitung der erfassten Werte kontaktieren zu können. Der Sensor kann mittels eines dazwischenliegenden Materials in der Elastomerschicht eingebettet sein, z.B. um die Haftung zwischen dem Sensor und der Elastomerschicht zu erhöhen. Vorzugsweise wird der Sensor jedoch direkt von dem Material der Elastomerschicht umgeben, was den Aufwand der Herstellung geringhalten kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Sensor in einer radialen Aussparung der Elastomerschicht angeordnet, wobei die radiale Aussparung dem Rollenkörper radial abgewandt ist, wobei der Sensor vorzugsweise mittels eines Füllmaterials, vorzugsweise mittels Polyurethan, in der Aussparung eingebettet ist. Unter einer radialen Aussparung ist dabei eine Aussparung im Material der Elastomerschicht zu verstehen, welche nach radial außen offen ist, so dass der Sensor von außen in die radiale Aussparung eingefügt werden kann. Dies kann die Nachrüstung des Sensors bei bestehenden Rollen ermöglichen, um diese zu erfindungsgemäßen Rollen zu machen. Dabei kann der Sensor formschlüssig, kraftschlüssig und bzw. oder stoffschlüssig in der radialen Aussparung gehalten werden, z.B. durch ein seitliches Klemmen und bzw. oder durch ein Klebemittel. Vorzugsweise kann ein besonders sicherer Halt des Sensors in der radialen Aussparung durch die Einbettung des Sensors in ein Füllmaterial erfolgen. Hierzu Polyurethan zu verwenden kann eine kostengünstige Möglichkeit sein, eine haltbare Einbettung zu schaffen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Sensor zwischen dem Rollenkörper und der Elastomerschicht angeordnet, wobei der Sensor vorzugsweise radial außen auf dem Rollenkörper angeordnet ist und von der Elastomerschicht überdeckt wird. Hierdurch kann der Sensor bei der Herstellung zunächst an einer definierten Stelle der radialen Außenseite des Rollenkörpers angeordnet werden, so dass seine Position und Ausrichtung sicher festgelegt und beibehalten werden kann. Anschließend kann die Elastomerschicht angeordnet werden, was die Position des Sensors möglichst gar nicht mehr beeinflussen kann. Anschließend kann die gemeinsame Vulkanisation erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Sensor zumindest im Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die erste Elektrode dem Rollenkörper zugewandt und die zweite Elektrode dem Rollenkörper abgewandt angeordnet ist. Hierdurch kann der Abstand der beiden Elektroden in Einklang mit der radialen Richtung der Rolle gebracht werden, da in dieser Richtung der wesentliche und sensorisch zu erfassende Kraftfluss anliegt. Entsprechend direkt und genau kann die Kraft im Kraftfluss mittels des Sensors erfasst werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Sensor koaxial ausgebildet, wobei die erste Elektrode von der elastischen Schicht zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, zylindrisch umgeben wird, und wobei die elastische Schicht zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, von der zweiten Elektrode zylindrisch umgeben wird. Hierdurch kann eine kompakte Anordnung der Elemente des Sensors erfolgen, um einen platzsparenden derartigen Sensor zu erhalten. Ferner kann ein Sensor geschaffen werden, welcher aufgrund seiner Rotationssymmetrie unabhängig von seiner Orientierung um die Längsachse als Achse der Rotationssymmetrie verwendet werden kann, da eine radiale Abstandsänderung in jeder Orientierung zu der gleichen Veränderung des Abstands zwischen den beiden Elektroden führt. Somit kann unabhängig von der Orientierung um die Längsachse stets die gleiche Abstandsänderung erfasst werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Elektrode als elektrisch leitfähiger Draht aus Vollmaterial oder als Litze ausgebildet, wobei der Draht vorzugsweise Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold aufweist oder daraus besteht. Ein Draht aus Vollmaterial kann einfach hergestellt und verarbeitet werden. Eine Litze kann eine höhere Dehnbarkeit als ein Draht aus Vollmaterial aufweisen, so dass der Sensor den Kraftbelastungen länger standhalten und somit eine längere Lebensdauer aufweisen kann. Die Materialien Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold können eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wobei je nach Anwendungsfall zwischen dem Maße der elektrischen Leitfähigkeit, den Materialkosten sowie ggfs. weiteren Eigenschaften der Materialien abzuwägen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bzw. sind die erste Elektrode und bzw. oder die zweite Elektrode als elektrisch leitfähige Schicht als Folie oder als Geflecht, Gewirke oder Gewebe ausgebildet, wobei die Schicht vorzugsweise Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold aufweist oder daraus besteht. Durch die Verwendung einer Schicht kann eine möglichst großflächige Elektrode geschaffen werden, so dass ein Kraftfluss entsprechend großflächig erfasst werden kann, falls die Schicht zumindest im Wesentlichen eben verwendet wird. Bei der Verwendung der Schicht der zweiten Elektrode in zylindrischer Form bei einem koaxial ausgebildeten Sensor kann die erste Elektrode von der zweiten Elektrode umschlossen werden, um die koaxiale Anordnung zu schaffen. In jedem Fall kann eine Schicht als Folie einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die alternative Ausgestaltung der Schicht als Geflecht, Gewirke oder Gewebe kann wie bei einer Litze als erste Elektrode zu einer höheren Dehnbarkeit als bei einer Folie führen. Unter einem Geflecht wird ein flächiges Gebilde verstanden, welches durch Flechten als regelmäßiges Ineinanderschlingen mehrerer Stränge aus biegsamen Material geschaffen wird. Unter einem Gewebe wird ein textiles Flächengebilde aus mindestens zwei rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig verkreuzten Fadensystemen verstanden. Der Unterschied eines Geflechts zu einem Gewebe liegt darin, dass beim Flechten die Fäden nicht rechtwinklig zugeführt werden. Unter einem Gewirke wird ein durch Maschenbildung hergestelltes Fadensystemen verstanden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung steht bzw. stehen die erste Elektrode und bzw. oder die zweite Elektrode in direktem Kontakt mit der Elastomerschicht, wobei die erste Elektrode und bzw. oder die zweite Elektrode vorzugsweise auf der der Elastomerschicht zugewandten Seite zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, einen Haftvermittler, vorzugsweise ferner eine Haftelastomermischung, aufweist, so dass eine Haftung zwischen der Elektrode und der Elastomerschicht hergestellt wird. Hierdurch kann eine möglichst direkte und damit ungestörte Kraftübertragung realisiert werden. Die Verwendung eines Haftvermittler und ggfs. einer zusätzlichen Haftelastomermischung kann die Verbindung zwischen der Elektrode und der Elastomerschicht verbessern, so dass auch die direkte Kraftübertragung erhöht bzw. sichergestellt werden kann, was die Genauigkeit der Kraftmessung verbessern kann. Auch kann die Lebensdauer des Sensors hierdurch verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Sensor länglich ausgebildet, wobei der Sensor zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, in der Umfangsrichtung der Rolle angeordnet ist, wobei sich der Sensor vorzugsweise zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, geradlinig erstreckt. Hierdurch kann der Sensor zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, in der Umfangsrichtung angeordnet werden, um eine Kraftmessung in der Umfangsrichtung zu ermöglichen. Unter einem länglichen Sensor ist ein solcher zu verstehen, welcher sich deutlich länger in einer Richtung, nämlich in seiner Längsrichtung, erstreckt als in den anderen beiden kartesischen Raumrichtungen, nämlich der Querrichtung und der Höhe. In zylindrischen Koordinaten betrachtet erstreckt sich der längliche Sensor deutlich länger in der Richtung seiner Längsachse als in der radialen Richtung. Durch die längliche Erstreckung des Sensors kann ein möglichst großer Bereich des Umfangs der Rolle sensorisch erfasst werden, ohne gleichzeitig die Kraftübertragung mittels der Elastomerschicht zu sehr zu unterbrechen. Hierbei den länglichen Sensor vorzugsweise zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, geradlinig anzuordnen kann dies mit einem möglichst kurzen Sensor ermöglichen. Auch kann die Kraft des Kraftflusses, welche senkrecht auf den Sensor wirkt, entsprechend direkt erfasst werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Sensor ausgebildet, so dass die Veränderung des Abstands der beiden Elektroden zueinander proportional zur Kraft des Kraftflusses zwischen dem Rollenkörper und dem Förderband ist. Dies kann über die Wahl der Geometrien der Elektroden sowie deren Abstand zueinander je nach Anwendungsfall realisiert werden. Unter einem proportionalen Zusammenhang von Abstand bzw. Abstandsveränderung und Kraft ist ein linearer Zusammenhang zu verstehen, welcher entsprechend einfach und direkt ausgewertet werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Sensor ausgebildet, so dass die Kapazität zwischen den beiden Elektroden proportional zum Abstand der beiden Elektroden zueinander ist. Entsprechend einfach und direkt kann der lineare Zusammenhang zwischen der Kapazität und dem Abstand erfasst und ausgewertet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die elastische Schicht des Sensors zumindest im Wesentlichen die gleiche Elastizität wie die Elastomerschicht auf. Hierdurch kann der Sensor derart in dem Kraftfluss angeordnet werden, dass die Kraft möglichst repräsentativ erfasst werden kann, weil aufgrund der gleichen Elastizität der Elastomerschicht und des Sensors auch dieselbe Kraft durch den Sensor wie durch die Elastomerschicht fließen kann. Dies kann die Qualität des erfassten Sensorsignals erhöhen sowie die Auswertung vereinfachen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Rolle wenigstens zwei Sensoren auf, welche ausgebildet und angeordnet sind, jeweils eine Kraft im Kraftfluss zwischen dem Rollenkörper und dem Förderband zu erfassen, wobei die beiden Sensoren entlang der Längsachse der Rolle zueinander beabstandet, vorzugsweise jeweils randseitig, angeordnet sind. Auf diese Art und Weise können zwei Kraftmessungen an unterschiedlichen Stellen erfolgen. Durch den Vergleich der beiden Messwerte kann eine Verlagerung des Förderbands auf der Rolle entlang der Längsachse erkannt werden, da in diesem Fall ein Messwert signifikant größer als der andere ist. Da ein derartiger ungleichmäßiger Lauf des Förderbands ungewünscht ist und sogar gefährlich werden kann, können zunächst Gegenmaßnahmen ergriffen und im schlimmsten Fall die Förderanlage rechtzeitig angehalten werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Förderanlage mit wenigstens einer Rolle, vorzugsweise einer Antriebsrolle, wie zuvor beschrieben. Auf diese Art und Weise können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile bei einer Förderanlage umgesetzt und genutzt werden.
Mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:

1 eine perspektivische schematische Darstellung einer Rolle für eine Förderanlage;
2 einen schematischen Längsschnitt der Rolle gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;
3 einen schematischen Längsschnitt der Rolle gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;
4 einen schematischen Längsschnitt der Rolle gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels;
5 einen schematischen Längsschnitt der Rolle gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels;
6 einen schematischen Längsschnitt der Rolle gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels;
7 einen schematischen Längsschnitt der Rolle gemäß eines sechsten Ausführungsbeispiels;
8 einen schematischen Längsschnitt der Rolle gemäß eines siebten Ausführungsbeispiels;
9 einen perspektivischen schematischen Längsschnitt der Rolle der 1; und
10 die Darstellung der 9 gemäß eines achten Ausführungsbeispiels.

1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung einer Rolle 1 für eine Förderanlage. Die Rolle 1 ist vorzugsweise eine Antriebsrolle 1. Die Rolle 1 ist zylindrisch ausgebildet und erstreckt sich entlang einer Längsachse L. Senkrecht zur Längsachse L erstreckt sich eine radiale Richtung R. Senkrecht zur radialen Richtung R erstreckt sich eine Umfangsrichtung U um die Längsachse L herum.
Die Rolle 1 weist einen Rollenkörper 11 auf, welcher aus Stahl ausgebildet ist. Der Rollenkörper 11 ist feststehend mit einer Welle 10 verbunden, welche auf der Längsachse L angeordnet ist und sich entlang der Längsachse L beidseitig von dem Rollenkörper 11 weg erstreckt. Mittels der Welle 10 kann der Rollenkörper 11 und damit die Rolle 1 an sich drehbeweglich in einer Förderanlage gelagert und eingesetzt werden (nicht dargestellt).
Radial außen auf der zylindrischen Oberfläche des Rollenkörpers 11 ist eine Elastomerschicht 12 angeordnet, welche auch als Elastomerbelag 12 bezeichnet werden kann. Die Elastomerschicht 12 wird durch vulkanisiertes Gummi gebildet und dient der Erhöhung der Reibung in der Umfangsrichtung U, um der Unter- bzw. Innenseite des anzutreibenden Förderbands einen besseren Halt auf der radial äußeren zylindrischen Oberfläche der Elastomerschicht 12 und damit auf der Rolle 1 als Ganzes zu geben.
2 zeigt einen schematischen Längsschnitt der Rolle 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Um die Kraft zwischen dem Förderband und der Rolle 1 der 1 sensorisch erfassen zu können, ist gemäß des ersten Ausführungsbeispiels ein Sensor 2 als Sensorschicht flächendeckend zwischen der radial äußeren zylindrischen Oberfläche des Rollenkörpers 11 und der radial inneren zylindrischen Oberfläche der Elastomerschicht 12 angeordnet. Der Sensor 2 erstreckt sich länglich entlang der Längsachse L sowie in der Umfangsrichtung U geschlossen. Radial innenliegend weist der Sensor 2 eine erste Elektrode 21 auf, welche auch als innere Elektrode 21 bezeichnet werden kann. Radial um die erste Elektrode 21 herum ist eine zylindrische elastische Schicht 20 angeordnet, welche die erste Elektrode 21 in der Umfangsrichtung U umschließt. Die elastische Schicht 20 wird von radial außen von einer zweiten Elektrode 22 in der Umfangsrichtung U umschlossen.
Die beiden Elektroden 21, 22 sind elektrisch leitfähig ausgebildet und können in der Richtung der Längsachse L von außerhalb kontaktiert werden (nicht dargestellt). Die dazwischenliegende Schicht 20 ist elastisch sowie elektrisch isolierend ausgebildet, so dass z.B. eine Kapazität zwischen den beiden Elektroden 21, 22 erfasst werden kann. Wird dabei eine Kraft bzw. ein Druck von außen auf die zweite Elektrode 22 ausgeübt, so wird an dieser Stelle der radiale Abstand zwischen den beiden Elektroden 21, 22 verringert. Dies kann über eine entsprechende Änderung der Kapazität erfasst und in einen Kraft- bzw. Druckwert umgerechnet werden, so dass der Sensor 2 auch als Kraft- oder als Drucksensor 2 bezeichnet werden kann.
Dabei weist die elastische Schicht 20 eine Kautschukmischung auf, welche wenigstens einen Silikonkautschuk als einzige Kautschukkomponente und Mikrohohlkugeln aufweist. Hierdurch kann eine elastische, elektrisch isolierende Schicht 20 zwischen den beiden Elektroden 21, 22 geschaffen werden, welche zudem auch gut kompressibel ist, so dass bereits geringe Kräfte mit vergleichsweise hoher Genauigkeit sensorisch erfasst werden können.
3 zeigt einen schematischen Längsschnitt der Rolle 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall ist der Sensor 2 kleinflächig und in seinem Querschnitt rechteckig ausgebildet, wobei sich der Sensor 2 mit seiner Längsrichtung in der Umfangsrichtung U der Rolle 1 erstreckt. Ferner ist der Sensor 2 in der Elastomerschicht 12 eingebettet, wobei der Sensor 2 direkt von dem Material der Elastomerschicht 12 umgeben wird. Dies kann die Herstellung des Sensors 2 vereinfachen und sowohl hinsichtlich der Materialkosten als auch der Fertigungskosten reduzieren. Durch die radiale Ausrichtung der Elektroden 21, 22 kann auch in diesem Fall eine Krafterfassung in radialer Richtung R erfolgen. Diese Anordnung kann dadurch geschaffen werden, indem der Sensor 2 in dem Material der Elastomerschicht 12 angeordnet und zusammen mit dieser vulkanisiert wird.
4 zeigt einen schematischen Längsschnitt der Rolle 1 gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels. Auch in diesem Fall ist der Sensor 2 rechteckig ausgebildet. Jedoch wird diese Anordnung geschaffen, indem eine Aussparung 13 von radial außen in die Elastomerschicht 12 eingebracht wird. Dann wird der Sensor 2 in die Aussparung 13 eingefügt und dort mittels eines Füllmaterials 23 in Form von Polyurethan vergossen, um sicher und haltbar in der Aussparung 13 gehalten zu werden. Auf diese Art und Weise kann ein derartiger Sensor 2 bei bestehenden Rollen 1 nachgerüstet werden.
5 zeigt einen schematischen Längsschnitt der Rolle 2 gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall ist der Sensor 2 direkt auf der radial äußeren zylindrischen Oberfläche des Rollenkörpers 11 angeordnet, was bei der Herstellung zu einer definierten und haltbaren Positionierung des Sensors 2 führen kann. Anschließend kann der Sensor 2 von der Elastomerschicht 12 überdeckt und gemeinsam mit dieser vulkanisiert werden.
6 zeigt einen schematischen Längsschnitt der Rolle 1 gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels. In diesem Fall ist der Sensor 2 koaxial ausgebildet, so dass die erste Elektrode 21 linienförmig radial innen im Sensor 2 angeordnet ist und radial von der elastischen Schicht 20 umschlossen wird. Die zylindrische elastische Schicht 20 wird ihrerseits radial außen von der zweiten Elektrode 22 umschlossen. Ansonsten entspricht die Anordnung des koaxialen Sensors 2 der 6 der Anordnung des rechteckigen Sensors 2 der 3.
7 zeigt einen schematischen Längsschnitt der Rolle 1 gemäß eines sechsten Ausführungsbeispiels. Die Anordnung des koaxialen Sensors 2 der 7 der Anordnung des rechteckigen Sensors 2 der 4.
8 zeigt einen schematischen Längsschnitt der Rolle 1 gemäß eines siebten Ausführungsbeispiels. Die Anordnung des koaxialen Sensors 2 der 8 der Anordnung des rechteckigen Sensors 2 der 5.
9 zeigt einen perspektivischen schematischen Längsschnitt der Rolle der 1. Dargestellt wird hier für einen koaxialen Sensor 2 der 6 dessen Anordnung innerhalb der Elastomerschicht 12 etwa mittig in der Richtung der Längsachse L sowie etwa mittig in der radialen Richtung R. Auf diese Art und Weise kann eine Kraft im Kraftfluss an dieser Stelle als repräsentativ für die gesamte Rolle 1 sensorisch erfasst werden. Die mittige Anordnung des Sensors 2 in der Richtung der Längsachse L kann hierfür günstig sein, da hier die größte Belastung durch das Förderband zu erwarten ist.
10 zeigt die Darstellung der 9 gemäß eines achten Ausführungsbeispiels. Durch die Verwendung von zwei Sensoren 2, welche in der Richtung der Längsachse L zueinander beabstandet und jeweils eher randseitig angeordnet sind, kann durch den Vergleich der beiden erfassten Kraftwerte eine Verlagerung des Förderbands in der Richtung der Längsachse L zu der einen oder zu der anderen Seite bzw. Kante der Rolle 1 hin erkannt werden. Da dies üblicherweise unerwünscht ist, kann das Erkennen einer derartigen Situation für den sicheren Betrieb des Förderbands hilfreich sein.
Bezugszeichenliste

L: Längsachse
R: radiale Richtung
U: Umfangsrichtung
1: Rolle bzw. Antriebsrolle
10: Welle
11: Rollenkörper
12: Elastomerschicht bzw. Elastomerbelag
13: radiale Aussparung der Elastomerschicht 12
2: Sensor; Drucksensor; Kraftsensor
20: elastische Schicht; Kautschukmischung
21: erste Elektrode; innere Elektrode
22: zweite Elektrode; äußere Elektrode
23: Füllmaterial

Claims

Rolle (1), vorzugsweise Antriebsrolle (1), für eine Förderanlage mit einem Rollenkörper (11), welcher ausgebildet ist, drehbar in einer Förderanlage gelagert und von einem Förderband zumindest abschnittsweise umschlungen zu werden, und mit einer Elastomerschicht (12), welche zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, radial außen auf dem Rollenkörper (11) angeordnet ist, gekennzeichnet durch wenigstens einen Sensor (2), welcher ausgebildet und angeordnet ist, eine Kraft im Kraftfluss zwischen dem Rollenkörper (11) und dem Förderband direkt oder indirekt zu erfassen, wobei der Sensor (2) wenigstens eine elastische Schicht (20), wenigstens eine erste Elektrode (21) und wenigstens eine zweite Elektrode (22) aufweist, wobei die elastische Schicht (20) zumindest abschnittweise, vorzugsweise vollständig, zwischen der ersten Elektrode (21) und der zweiten Elektrode (22) angeordnet ist, wobei der Sensor (2) derart im Kraftfluss zwischen dem Rollenkörper (11) und dem Förderband angeordnet ist, so dass durch die Kraft der Abstand der beiden Elektroden (21, 22) zueinander verändert und hierüber die Kraft zumindest teilweise erfasst werden kann, wobei die elastische Schicht (20) eine Kautschukmischung aufweist, welche wenigstens einen Silikonkautschuk als einzige Kautschukkomponente und Mikrohohlkugeln aufweist.
Rolle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) als weitere Schicht ausgebildet ist, welche radial zwischen dem Rollenkörper (11) und dem Förderband, vorzugsweise zwischen dem Rollenkörper (11) und der Elastomerschicht (12), angeordnet ist.
Rolle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) in der Elastomerschicht (12) eingebettet ist, wobei der Sensor (2) vorzugsweise direkt von dem Material der Elastomerschicht (12) umgeben wird.
Rolle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) in einer radialen Aussparung (13) der Elastomerschicht (12) angeordnet ist, wobei die radiale Aussparung (13) dem Rollenkörper (11) radial abgewandt ist, wobei der Sensor (2) vorzugsweise mittels eines Füllmaterials (23), vorzugsweise mittels Polyurethan, in der Aussparung (13) eingebettet ist.
Rolle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) zwischen dem Rollenkörper (10) und der Elastomerschicht (12) angeordnet ist, wobei der Sensor (2) vorzugsweise radial außen auf dem Rollenkörper (10) angeordnet ist und von der Elastomerschicht (12) überdeckt wird.
Rolle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) zumindest im Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die erste Elektrode (21) dem Rollenkörper (11) zugewandt und die zweite Elektrode (22) dem Rollenkörper (11) abgewandt angeordnet ist.
Rolle (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) koaxial ausgebildet ist, wobei die erste Elektrode (21) von der elastischen Schicht (20) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, zylindrisch umgeben wird, und wobei die elastische Schicht (20) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, von der zweiten Elektrode (22) zylindrisch umgeben wird.
Rolle (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (21) als elektrisch leitfähiger Draht aus Vollmaterial oder als Litze ausgebildet ist, wobei der Draht vorzugsweise Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold aufweist oder daraus besteht.
Rolle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (21) und/oder die zweite Elektrode (22) als elektrisch leitfähige Schicht als Folie oder als Geflecht, Gewirke oder Gewebe ausgebildet ist/sind, wobei die Schicht vorzugsweise Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold aufweist oder daraus besteht.
Rolle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (21) und/oder die zweite Elektrode (22) in direktem flächigen Kontakt mit der Elastomerschicht (12) steht/stehen, wobei die erste Elektrode (21) und/oder die zweite Elektrode (22) vorzugsweise auf der der Elastomerschicht (12) zugewandten Seite, zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, einen Haftvermittler, vorzugsweise ferner eine Haftelastomermischung, aufweist, so dass eine Haftung zwischen der Elektrode (21, 22) und der Elastomerschicht (12) hergestellt wird.
Rolle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) länglich ausgebildet ist, wobei der Sensor (2) zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, in der Umfangsrichtung der Rolle (1) angeordnet ist, wobei sich der Sensor (2) vorzugsweise zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, geradlinig erstreckt.
Rolle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) ausgebildet ist, so dass die Veränderung des Abstands der beiden Elektroden (21, 22) zueinander proportional zur Kraft des Kraftflusses zwischen dem Rollenkörper (11) und dem Förderband ist.
Rolle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) ausgebildet ist, so dass die Kapazität zwischen den beiden Elektroden (21, 22) proportional zum Abstand der beiden Elektroden (21, 22) zueinander ist.
Rolle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Schicht (20) des Sensors (2) zumindest im Wesentlichen die gleiche Elastizität wie die Elastomerschicht (12) aufweist.
Rolle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Sensoren (2), welche ausgebildet und angeordnet sind, jeweils eine Kraft im Kraftfluss zwischen dem Rollenkörper (11) und dem Förderband zu erfassen, wobei die beiden Sensoren (2) entlang der Längsachse (L) der Rolle (1) zueinander beabstandet, vorzugsweise jeweils randseitig, angeordnet sind.
Förderanlage mit wenigstens einer Rolle (1), vorzugsweise einer Antriebsrolle (1), nach einem der vorherigen Ansprüche.