DE102018119466A1

DE102018119466A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung des Verschleißzustandes einer Kette

Info

Publication number: DE102018119466A1
Application number: DE102018119466.8A
Authority: DE
Inventors: Florian MADLENER; Thomas Wolf; Josef Siraky
Original assignee: Iwis Antriebssysteme GmbH and Co KG
Current assignee: Iwis Antriebssysteme GmbH and Co KG
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft Kettensensorvorrichtung mit einem ersten Sensor, einem zweiten Sensor und einer Steuereinrichtung, wobei der erste Sensor in einer ersten Baueinheit und der zweite Sensor in einer zweiten Baueinheit angeordnet ist und, wobei die erste Baueinheit unabhängig von der zweiten Baueinheit positionierbar ist. Die Steuereinrichtung ist extern von der zweiten Baueinheit angeordnet und die zweite Baueinheit weist eine Schnittstelle auf, über die der zweite Sensor mit der Steuereinrichtung verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kettensensorvorrichtung mit einem ersten Sensor, einem zweiten Sensor und einer Steuereinrichtung, wobei der erste Sensor in einer ersten Baueinheit und der zweite Sensor in einer zweiten Baueinheit angeordnet ist, und wobei die erste Baueinheit unabhängig von der zweiten Baueinheit positionierbar ist, sowie ein Verfahren zu Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette eines Kettentriebes.
Kettentriebe kommen in einer Vielzahl industrieller Anwendungen zu Antriebs- oder Transportzwecken zum Einsatz. Häufig werden mehrere Kettenstränge verwendet. Ein vollständiger Kettentrieb beinhaltet neben einer zumeist endlos umlaufenden Kette mehrere Kettenräder, die der Umlenkung der Kette dienen, sowie Antriebs- oder Transportelemente, die mit der Kette verbunden sind und von der Kette aktuiert werden. Durch den Abrieb von zueinander beweglichen Teilen im Kettengelenk unterliegt eine Kette im Betrieb einem Verschleiß. Auch weitere Faktoren, wie beispielsweise Längung beim Einlauf der Kette, Reckung, Lagerspiel und Lagerabrieb, können zu einer Längung der Kette und schließlich auch zum Ausfall der Antriebseinheit führen. Weitere Einflussfaktoren auf den Verschleiß einer Kette sind auch die Kräfte, die auf die Kette und Lasten wirken, oder auch äußere durch die Umgebung bestimmte Einflüsse. Durch die Komplexität dieser Zusammenhänge ist es nicht möglich, den Verschleiß der Kette und damit eine mögliche Störung im betrieblichen Ablauf oder gar den Ausfall der Antriebseinheit vorherzusagen.
Komplexe Kettentriebe kommen aufgrund der stetig steigenden vollautomatisierten Maschinen und Anlagen vermehrt zum Einsatz, wie sie für eine moderne Fabrikautomation nötig sind. Infolge der hohen Investitionskosten für einen solch hohen Automationsgrad und des globalen Preisdruckes ist es erforderlich, die Standzeiten der Maschinen und Anlagen auf ein absolutes Minimum zu vermindern und ungeplante Standzeiten ganz zu verhindern.
Neben unmittelbaren finanziellen Verlusten führen solche ungeplanten Standzeiten auch zu mittelbaren Problemen, wie z.B. das Unterbrechen der Logistikkette bis hin zu nicht einhaltbaren Lieferzeiten, und so zu weiteren finanziellen Einbußen. Bereits ein geringer Verschleiß kann aber dazu führen, dass durch Kettentriebe synchronisierte Abläufe zu Produktionsfehlern führen und manuell nachjustiert werden müssen. Da der Verschleiß einer Antriebskette oder auch ihre Längung nicht vermieden und auch nicht vorbestimmt werden kann, ist eine kontinuierliche Überwachung eines Kettentriebes unabdingbar, um rechtzeitige Inspektionen zur Justage der synchronisierten Abläufe und Ersatz von schadhaften Ketten durchführen zu können.
Stand der Technik
Die US 5,291,131 beschreibt ein geeignetes Verfahren zum Überwachen der Längendehnung einer umlaufenden Antriebskette. Bei diesem Verfahren sind an der Antriebskette zwei in Längsrichtung der Kette beabstandete Markierungen vorgesehen, deren Position im Betrieb von zwei induktiven oder optischen Sensoren, die ebenfalls in einem Abstand zueinander angeordnet sind, erfasst werden. Über eine angeschlossene Datenerfassung können aus den Messwerten der beiden Sensoren die Umlaufgeschwindigkeit der Kette sowie die Kettenlängung in dem Kettensegment zwischen den beabstandeten Markierungen bestimmt werden. Aussagen über die anderen Bereiche der Kette oder in kleinen Segmenten der Kette sind mit diesem Verfahren nicht möglich.
Ein ähnliches Verfahren zum Überwachen des Verschleißes einer Antriebskette wird in der Druckschrift EP 1 464 919 A1 beschrieben. Hier sind ebenfalls auf gegenüberliegenden Seiten der Kette zwei Markierungen aus einem magnetischen Material angebracht. Zwei neben der Kette vorgesehene induktive Sensoren erzeugen beim Passieren der magnetischen Sensoren ein elektrisches Signal. Die Sensoren sind dabei in einem Abstand zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der Antriebskette angeordnet, dass zunächst ein gleichzeitiges Auslösen der Sensoren erreicht wird. Sobald sich durch die Verschleißlängung der Kette eine Zeitverzögerung zwischen dem Auslösen der Sensoren ergibt, kann über eine Positionsverschiebung der Sensoren die Verschleißlängung der Kette bestimmt werden. Wie auch im vorbeschriebenen Fall können hier aus den Messwerten der beiden Sensoren die Umlaufgeschwindigkeit der Kette sowie die Kettenlängung in dem Kettensegment zwischen den beabstandeten Markierungen bestimmt werden. Aussagen über die anderen Bereiche der Kette oder in kleinen Segmenten der Kette sind mit diesem Verfahren ebenfalls nicht möglich.
Die US 7,540,374 B2 beschreibt eine weitere Vorrichtung zur Messung der Verschleißlängung einer Antriebskette mittels zweier optischer Sensoren. Dabei erfasst der erste Sensor das erste Kettengelenk eines Kettenglieds und ein zweiter Sensor bestimmt die Position und den Abstand des zweiten Kettengelenks. Des Weiteren kann auch der Abstand mehrerer Kettenglieder an zwei voneinander beabstandeten Messpositionen bestimmt werden.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, den Verschleiß einer Antriebskette über die Messung der Kraft, des Weges oder des Drehwinkels von Kettenspannern oder zweier Drehwinkelsensoren am Antriebsrad und am Lastrad zu ermitteln. Nicht überall wird aber ein Kettenspanner gebraucht, und auch Drehwinkelsensoren sind nicht überall einsetzbar. Zudem werden diese dann durch den Verschleiß bzw. die Kettenlängung beeinflusst. Derartige Verfahren müssen aber jeweils auf das spezielle Verfahren genauestens abgestimmt werden, da die Messung in diesen Fällen von der Gesamtkettenlänge und auch vom Verschleiß der Kettenräder abhängig ist. Die Adjustierung ist sehr aufwendig und fehleranfällig. Daher sind diese Verfahren nicht generisch anwendbar.
Den genannten aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren sind je nach verwendeten Sensoren und Messprinzip eine Reihe unterschiedlicher Nachteile zu eigen. Konventionelle Messsysteme mit festen Abständen zwischen Sensoren erfordern für eine genaue Messung der Kettenlängung einen Antrieb mit einer konstanten Drehzahl und reagieren mit Messfehlern auf Unregelmäßigkeiten im Antriebssystem, beispielsweise einem relativen Schlupf zwischen Antriebsrad und Antriebskette oder dem Verschleiß der Kettenräder. Optische Sensoren hingegen sind in vielen Anwendungsfällen für den praktischen Einsatz in Antriebs- und Transportsystemen nicht geeignet, da die industriellen Umgebungsbedingungen insbesondere durch Staub und Schmutz zu einem Ausfall oder Fehlmessungen der optischen Sensoren führen können. Dem gegenüber haben induktive Sensoren neben einer Schaltempfindlichkeit in Messrichtung auch senkrecht dazu eine inhärente Schaltempfindlichkeit, so dass induktive Sensoren neben einer Schwingungsempfindlichkeit auch zu Fehlmessungen neigen.
Allen bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren gemein ist allerdings insbesondere auch, dass die Längung der Kette nicht auf die Längung einzelner Kettensegmente zurückgeführt werden kann. Im Falle einer detektierten Längung führt dies dazu, dass immer die Kette insgesamt ausgetauscht werden muss, was mit deutlich höheren Kosten verbunden ist. Dies hat zudem zur Folge, dass die bisher angegebenen Grenzwerte bis zum Austausch der Kette auch Singularitäten in der Kettenlängung berücksichtigen musste und so deutlich niedrigere Grenzwerte nötig sind, als wenn die Längung einzelner Kettensegmente oder gar Kettenglieder bekannt wäre. Zwar lassen einzelne Vorrichtungen und Verfahren bereits eine Messaufnahme von Werten zu, die eine Längung auch für Kettensegmente ermöglichen, aber diese Werte können nicht einzelnen während einer Messungen betrachteten Kettensegmenten zugeordnet werden, sodass dies wiederum zum vollständigen Austausch der Kette führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kettensensorvorrichtung zu Verfügung zu stellen, mit denen die Kettenlängung insbesondere auch großgliedriger Ketten überwacht werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, das die Längung insbesondere auch großgliedriger Ketten ermittelt.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Kettensensorvorrichtung weist einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor sowie eine Steuereinrichtung auf. Der erste Sensor ist in einer ersten Baueinheit angeordnet, der zweite Sensor in einer zweiten Baueinheit. Beide Baueinheiten sind derart ausgeführt, dass sie unabhängig voneinander positionierbar sind. Die Steuereinrichtung ist außerhalb der zweiten Baueinheit angeordnet und weist eine Schnittstelle auf, über die der zweite Sensor mit der Steuereinrichtung verbindbar ist. Mittels der Steuereinrichtung wird die Längung der zu überwachenden Kette ermittelt.
Diese vorteilhafte Anordnung mit zwei unabhängig voneinander positionierbaren Baueinheiten und der von den Baueinheiten unabhängig positionierbaren Steuereinrichtung ermöglicht eine Positionierung der Kettensensorvorrichtung an einem nahezu beliebigen Ort entlang der zu überwachenden Kette. Insbesondere ist durch die erfindungsgemäße Kettensensorvorrichtung die Länge großgliedriger Ketten messbar. Zusätzlich können beide Baueinheiten sowie die Steuereinrichtung vorteilhafterweise in jeweils einem Gehäuse untergebracht sein. Das Gehäuse schützt die darin befindlichen Sensoren und die Elektronik vor Verschmutzungen unterschiedlichster Art, z.B. Öl- und andere Flüssigkeitsspritzer, Staubpartikel, Metallspäne.
Weitere Ausführungen des erfindungsgemäßen Kettensensors sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 beschrieben.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Schnittstelle der zweiten Baueinheit einen Anschluss für eine Kabelverbindung auf. Mittels der Schnittstelle für die Kabelverbindung kann eine Verbindung zwischen den beiden Baueinheiten hergestellt und ein Austausch der Messdaten beider Baueinheiten gewährleistet werden.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung sind die erste Baueinheit und die zweite Baueinheit auf einer Grundplatte angeordnet. Die Kettensensorvorrichtung kann durch diese Anordnung als Modul hergestellt und eingesetzt werden. Zur Montage entlang der zu überwachenden Kette muss lediglich die Grundplatte mit den Baueinheiten montiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine der Baueinheiten auf der Grundplatte verschiebbar angeordnet. Aufgrund dieser Gestaltung kann die Kettensensorvorrichtung unterschiedlichen Längen eines Kettengliedes der zu überwachenden Ketten einfach und kostengünstig angepasst werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die die Steuereinrichtung in der ersten Baueinheit angeordnet. Die Kettensensorvorrichtung ist durch diese Anordnung kompakt gestaltet, die Steuereinrichtung ist zudem durch die evtl. vorhandene Einhausung der ersten Baueinheit vor Verschmutzungen geschützt.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die zweite Baueinheit eine Steuereinrichtung auf. Zur Ermittlung der Längung der zu überwachenden Kette ist nur eine Steuereinrichtung notwendig. Die Steuereinrichtung der zweiten Baueinheit ist daher abschaltbar ausgeführt.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die erste Baueinheit und die zweite Baueinheit baugleich ausgeführt. Diese Ausbildung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Kettensensorvorrichtung, indem baugleiche Komponenten verwendet werden.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist durch die Sensoren die Position einer an den Sensoren vorbeilaufenden Kette bestimmbar. Die durch die Kettensensorvorrichtung geführte Kette erzeugt je nach Position der Kette unterschiedliche Messwerte in den Sensoren. Befindet sich ein Kettengelenkbolzen unter den Sensoren, ist der Messwert ein anderer, als wenn sich ein Zwischenraum unter den Sensoren befindet.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung geeignet, positionsbedingte Messdaten zu erfassen. Durch die ermittelte Position der Kette können Messdaten oder aus ihnen ermittelte Kennwerte der Kette einzelnen Kettengliedern oder Kettensegmenten zugeordnet werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die Sensoren optische Sensoren und/oder Induktionssensoren. Optische Sensoren erzeugen Hell-/Dunkel-Werte als Messwerte, Induktionssensoren messen den in den Sensoren induzierten Strom.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Sensoren Reluktanz-Sensoren. Reluktanzsensoren sind derart aufgebaut, dass sie zusätzlich zur Vorrichtung zum Messen der magnetischen Flussdichte eine stromleitende Spule aufweisen. Diese stromleitende Spule erzeugt im magnetischen Kreis ein fluktuierendes Magnetfeld. Durch die Bewegung der Kette relativ zum Kettensensor ändert sich mit der unterschiedlichen Dicke der Kettengelenke der Kette auch der Weg des geringsten magnetischen Widerstandes des magnetischen Kreises. Diese Änderungen sind abhängig von der Länge der Kettenglieder der Kette und Geschwindigkeit der Kette. Die Frequenz des von der stromleitenden Spule erzeugte fluktuierende Magnetfelds liegt dabei deutlich höher (ungefähr Faktor 10) als die Änderungen des Magnetfeldes, die durch die Bewegung der Kette relativ zum Kettensensor erzeugt werden.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist der erste Sensor einen ersten magnetischen Teil-Kreis und der zweite Sensor einen zweiten magnetischen Teil-Kreis auf.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die magnetischen Teil-Kreise durch eine an den magnetischen Teil-Kreisen befindliche Kette schließbar. Durch die Bewegung der Kette relativ zu den beiden Sensoren ändert sich mit der unterschiedlichen Dicke der Kettengelenke der Kette auch der Weg des geringsten magnetischen Widerstandes der magnetischen Teil-Kreise.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die magnetischen Teil-Kreise durch magnetisch leitfähige Jochkörper gebildet. Die Jochkörper bestehen aus einem magnetisch leitfähigen bzw. magnetisch durchlässigen Material, z.B. Weicheisen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die magnetisch leitfähigen Jochkörper zwei Seitenschenkel auf, deren Enden nahe einer Kette anordbar sind.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weisen erste und zweite Baueinheit jeweils zwei Sensoren auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand der Sensoren in der ersten Baueinheit kleiner als die Länge eines Kettengliedes (Abstand der Bolzenachsen) der zu messenden Kette. Der Anstand eines Sensors der ersten Baueinheit zu einem Sensor der zweiten Baueinheit ist hingegen größer als die Länge eines Kettengliedes (Abstand der Bolzenachsen) der zu messenden Kette.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren gemäß des Hauptanspruchs 16.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Längung einer Kette während des Betriebs weist drei Verfahrensschritte auf. Im ersten Verfahrensschritt werden Messdaten mit einem ersten Sensor erfasst. Im zweiten Verfahrensschritt werden Messdaten mit einem zweiten Sensor erfasst. Je nach Art der verwendeten Sensoren können die Messdaten Helligkeitswerte, Spannungswerte oder/und Änderungen der Magnetfeldstärke aufweisen. Der Abstand der Sensoren ist so bemessen, dass die beiden Sensoren auf unterschiedliche Kettenglieder der zu überwachenden Kette gerichtet sind. Durch diese Anordnung erhalten beide Sensoren zur gleichen Zeit Signale von unterschiedlichen Kettengliedern. Im dritten Verfahrensschritt werden die Messdaten vom zweiten Sensor zu einer extern vom zweiten Sensor angeordneten Steuereinrichtung übermittelt. Die Steuereinrichtung ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie unabhängig vom zweiten Sensor positionierbar ist.
Diese Anordnung mit der unabhängig positionierbaren Steuereinrichtung ermöglicht eine Positionierung der Kettensensorvorrichtung an einem nahezu beliebigen Ort entlang der zu überwachenden Kette. Zusätzlich können Sensoren sowie die Steuereinrichtung vorteilhafterweise in jeweils einem Gehäuse untergebracht sein. Das Gehäuse schützt die darin befindlichen Sensoren und die Elektronik vor Verschmutzungen unterschiedlichster Art, z.B. Öl- und andere Flüssigkeitsspritzer, Staubpartikel, Metallspäne.
Weitere Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 17 bis 22 beschrieben.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Sensor in einer ersten Baueinheit angeordnet, der zweite Sensor in einer zweiten Baueinheit. Die Baueinheiten können unabhängig voneinander an beliebigen Orten entlang der zu überwachenden Kette positioniert werden. Zusätzlich können beide Baueinheiten in jeweils einem Gehäuse untergebracht sein. Das Gehäuse schützt die darin befindlichen Sensoren und die Elektronik vor Verschmutzungen unterschiedlichster Art, z.B. Öl- und andere Flüssigkeitsspritzer, Staubpartikel, Metallspäne.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird während der Montage der Sensoren der Abstand der beiden Sensoren auf die Länge der Kettenglieder der zu überwachenden Kette angepasst. Der Abstand der Sensoren ist so bemessen, dass die beiden Sensoren auf unterschiedliche Kettenglieder der zu überwachenden Kette gerichtet sind. Durch diese Anordnung erhalten beide Sensoren zur gleichen Zeit Signale von unterschiedlichen Kettengliedern.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der erste Sensor in einem Abstand d zum zweiten Sensor angeordnet. Der Abstand d ist so bemessen, dass er d = n * g + Δ beträgt, mit n als ganzer Zahl, g als Länge eines Kettengliedes und Δ > 0,1*g, bevorzugt mit Δ > 0,2*g und besonders bevorzugt Δ > 0,3*g. Der Abstand der Sensoren ist so bemessen, dass die beiden Sensoren auf unterschiedliche Kettenglieder der zu überwachenden Kette gerichtet sind und gleichzeitig auf unterschiedliche Bereiche eines Kettengliedes. Durch diese Anordnung erzeugen die Sensoren unterschiedliche Messwerte der zu überwachenden Kette. Eine Überwachung der Längung der Kettenglieder, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der zu überwachenden Kette ist somit möglich.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung werden die vom zweiten Sensor erfassten Messdaten an die in der ersten Baueinheit angeordnete Steuereinrichtung übertragen.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die zweite Baueinheit eine Steuereinrichtung auf. Zur Ermittlung der Längung der zu überwachenden Kette ist nur eine Steuereinrichtung notwendig. Die Steuereinrichtung der zweiten Baueinheit ist daher abschaltbar ausgeführt.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Ermittlung eines Längenwertes einer Kette aus den Messwerten. In der Steuereinrichtung werden die von den Sensoren erfassten Messdaten zeitlich zugeordnet und so ein Längenwert der zu überwachenden Kette ermittelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand der Sensoren in der ersten Baueinheit kleiner als die Länge eines Kettengliedes (Abstand der Bolzenachsen) der zu messenden Kette. Der Anstand eines Sensors der ersten Baueinheit zu einem Sensor der zweiten Baueinheit ist hingegen größer als die Länge eines Kettengliedes (Abstand der Bolzenachsen) der zu messenden Kette.
Es zeigen:

1 a Kettensensorvorrichtung mit einem teilweise geschlossenen magnetischen Kreis
1 b Schnittzeichnung entlang A-A' einer Baueinheit der Kettensensorvorrichtung mit einem teilweise geschlossenen magnetischen Kreis
2 Kettensensorvorrichtung, eine Baueinheit aufweisend
3 Kettensensorvorrichtung, zwei Baueinheiten aufweisend, die auf einer Grundplatte montiert sind
4 Kettensensorvorrichtung, zwei Baueinheiten aufweisend, die zueinander verschiebbar gestaltet sind

Gemäß der vorliegenden Erfindung (1 a) weist die Kettensensorvorrichtung 1 eine erste Baueinheit 10 sowie eine zweite Baueinheit 20 auf. Beide Baueinheiten 10, 20 sind derart ausgeführt, dass sie entlang der zu überwachenden Kette 100 unabhängig voneinander positionierbar sind. Beide Baueinheiten 10, 20 sind in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen baugleich ausgeführt und weisen jeweils einen Reluktanz-Sensor 11, 21 auf, der durch einen magnetisch leitfähigen Jochkörper 17, 27, bestehend aus einem magnetisch leitfähigen bzw. magnetisch durchlässigen Material, z.B. Weicheisen, gebildet wird. Die zu überwachende Kette 100 wird berührungsfrei durch die Kettensensorvorrichtung 1 geführt und bewegt. Jochkörper 17, 27 und Kette 100 bilden jeweils magnetische Teilkreise 16, 26. Die zu überwachende Kette 100 ist in diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen als Rollenkette ausgebildet und weist alternierend innenliegende und außenliegende Seitenteile auf, die durch Kettengelenkbolzen verbunden sind. Die Seitenschenkel der Jochkörper 17.1, 17.2, 27.1, 27.2 sind im Wesentlichen senkrecht zum Mittelteil in einem geringen Abstand zu der Kette 100 angeordnet (1 b).
Die Steuereinrichtung 50 ist außerhalb der Baueinheiten 10, 20 positioniert und weist zwei Schnittstellen auf. Die erste Baueinheit 10 ist über die Schnittstelle der ersten Baueinheit 13 und dem ersten Anschluss der ersten Baueinheit 14 mit der ersten Schnittstelle der Steuereinrichtung 50 verbunden. Auf die gleiche Weise ist die zweite Baueinheit 20 über die Schnittstelle der zweiten Baueinheit 23 und den Anschluss der zweiten Baueinheit 24 mit der zweiten Schnittstelle der Steuereinrichtung 50 verbunden. Üblicherweise erfolgt die Verbindung zwischen Baueinheiten 10, 20 und Steuereinrichtung 50 mittels Kabelverbindung, Funkverbindung ist ebenfalls möglich.
Zur Ermittlung der Längung der Kette 100 während des Betriebs ist die Kettensensorvorrichtung 1 derart senkrecht zur Gelenkachse der zu überwachenden Kette 100 positioniert, dass der Abstand der Seitenschenkel der Jochkörper 17.1, 17.2, 27.1, 27.2 zueinander genau einem ganzzahligem Vielfachen der Länge eines Kettengliedes 110 der zu überwachenden Kette 100 entspricht. Die mit konstanter Geschwindigkeit durch die Kettensensorvorrichtung 1 geführte Kette erzeugt je nach Position der Kette 100 unterschiedliche magnetische Wechselfelder. Befindet sich beispielsweise ein Kettengelenkbolzen zwischen den Seitenschenkeln 17.1, 17.2, 27.1, 27.2, ist der magnetische Widerstand oder die Reluktanz der Kette 100 gering und erzeugt eine hohe Spannung in den Jochkörpern 17, 27. Befindet sich ein Kettenzwischenraum zwischen den Seitenschenkeln 17.1, 17.2, 27.1, 27.2, ist der magnetische Widerstand der Kette 100 hoch und erzeugt eine geringe Spannung in Jochkörpern 17, 27. Diese in den Jochkörpern 17, 27 erzeugten Spannungen sind synchron bei einer zu überwachenden Kette 100, die keine Längenänderung aufweist. Weist die zu überwachende Kette 100 im Betrieb eine Längenänderung auf, sind die in den Jochkörpern 17, 27 erzeugten Spannungen nicht synchron. Der erste Sensor 11 erfasst die Messdaten, bei Verwendung von Reluktanz-Sensoren also die im Jochkörper 17 erzeugte Spannung, ebenso erfasst der zweite Sensor 21 die erzeugte Spannung. Die Messdaten werden vom ersten Sensor 11 über die Schnittstelle der ersten Baueinheit 13 und den ersten Anschluss der ersten Baueinheit 14 zur extern angeordneten Steuereinrichtung 50 übermittelt. In gleicher Weise werden die Messdaten vom zweiten Sensor 21 über die Schnittstelle der zweiten Baueinheit 23 und den ersten Anschluss der zweiten Baueinheit 24 zur extern angeordneten Steuereinrichtung 50 übermittelt. In der Steuereinrichtung 50 werden die Messdaten zeitlich zugeordnet und so die Längenänderung der Kette 100 ermittelt.
Diese erfindungsgemäße Anordnung mit zwei unabhängig voneinander positionierbaren Baueinheiten 10, 20 und von den Baueinheiten 10, 20 unabhängig positionierbare Steuereinrichtung 50 ermöglicht eine Positionierung der Kettensensorvorrichtung 1 an einem nahezu beliebigen Ort entlang der zu überwachenden Kette 100. Insbesondere ist durch die erfindungsgemäße Kettensensorvorrichtung 1 die Länge großgliedriger Ketten 100 erfassbar. Zusätzlich können beide Baueinheiten 10, 20 vorteilhafterweise in jeweils einem Gehäuse untergebracht sein. Das Gehäuse schützt den darin befindlichen Sensor 11, 21 und die Elektronik vor Verschmutzungen unterschiedlichster Art, z.B. Öl- und andere Flüssigkeitsspritzer, Staubpartikel, Metallspäne.
2 zeigt eine Ansicht der ersten Baueinheit 10 der erfindungsgemäßen Kettensensorvorrichtung 1. Die erste Baueinheit 10 weist eine Schnittstelle 13, einen ersten Anschluss 14, einen zweiten Anschluss 15 sowie zwei Sensoren 11.1, 11.2 auf. Die zwei Sensoren 11.1, 11.2 sind derart angeordnet, dass ihr Abstand s1 zueinander einem ganzzahligen Vielfachen der Länge eines Kettengliedes d entspricht, zusätzlich um einen Betrag versetzt. Der versetzte Betrag beträgt mehr als das 0,1-fache, bevorzugt mehr als das 0,2-fache und besonders bevorzugt mehr als das 0,3-fache der Länge eines Kettengliedes d.
Zur Ermittlung der Längung der Kette 100 während des Betriebs generieren die Sensoren 11.1, 11.2 zeitlich aufgelöste Messdaten. Der Abstand des Kettengelenkbolzens unter dem ersten Sensor 11.1 zum Kettengelenkbolzen unter dem zweiten Sensor 11.2 ist dabei das Maß für die Länge der zu überwachenden Kette 100. Die Messdaten können z.B. elektrische Spannungen sein, falls die Sensoren 11.1, 11.2 Induktionssensoren oder Reluktanzsensoren sind. Denkbar sind auch Helligkeitswerte bei der Verwendung von optischen Sensoren 11.1, 11.2.
Die Messdaten werden vom zweiten Sensor 11.2 über die Schnittstelle der ersten Baueinheit 13 und den ersten Anschluss der ersten Baueinheit 14 zur Steuereinrichtung der ersten Baueinheit 12 übermittelt, die innerhalb der ersten Baueinheit 10 angeordnet ist. In der Steuereinrichtung der ersten Baueinheit 12 werden die Messdaten zeitlich zugeordnet und so die Längenänderung der Kette 100 ermittelt.
Die Länge eines Kettengliedes d der zu überwachenden Kette 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch den Abstand s1 der Sensoren 11.1, 11.2 begrenzt, weil die Sensoren 11.1, 11.2 auf jeweils unterschiedliche Kettenglieder der zu überwachenden Kette 100 gerichtet sein müssen. Um auch großteilige Ketten 100 überwachen zu können, muss der Abstand s1 der beiden Sensoren 11.1, 11.2 zueinander vergrößert werden und somit die erste Baueinheit 12 unverhältnismäßig groß gestaltet sein. Außerdem muss die Größe der ersten Baueinheit 12 entsprechend der Länge eines Kettengliedes d jeder zu überwachenden Kette 100 individuell ausgebildet sein.
Die vorteilhafte Gestaltung der erfindungsgemäßen Kettensensorvorrichtung 1 zur Überwachung großgliedriger Ketten 100 zeigt 3. Die Kettensensorvorrichtung 1 weist zwei Baueinheiten 10, 20 auf, die jeweils zwei Sensoren 11.1, 11.2, 21.1, 21.2 aufweisen. Beide Baueinheiten 10, 20 sind auf einer Grundplatte 40 montiert und können zum Schutz vor Verschmutzungen von einem Gehäuse eingehaust sein.
Die erste Baueinheit 10 weist eine Schnittstelle 13, einen ersten Anschluss 14, eine Steuereinrichtung 12 sowie zwei Sensoren 11.1, 11.2 auf, die mit dem Abstand s1 beabstandet angeordnet sind. Die zweite Baueinheit 20 ist im Wesentlichen baugleich zur ersten Baueinheit 10 ausgeführt und weist ebenfalls eine Schnittstelle 23, einen ersten Anschluss 24, eine Steuereinrichtung 22 sowie zwei Sensoren 21.1, 21.2 auf. Der erste Anschluss der ersten Baueinheit 14 ist mit der Schnittstelle der zweiten Baueinheit 23 mittels einer Kabelverbindung 30 verbunden. Der Anstand s1 der beiden Sensoren einer Baueinheit ist kleiner als die Länge d eines Kettengliedes der zu überwachenden Kette 100.
Die beiden Baueinheiten 10, 20 sind derart entlang der zu überwachenden Kette 100 angeordnet, dass der Abstand s2 der zwei ersten Sensoren beider Baueinheiten 11.1, 21.1 zueinander einem ganzzahligen Vielfachen der Länge eines Kettengliedes d entspricht, zusätzlich um einen Betrag versetzt. Der versetzte Betrag beträgt mehr als das 0,1-fache, bevorzugt mehr als das 0,2-fache und besonders bevorzugt mehr als das 0,3-fache der Länge eines Kettengliedes d. Die Sensoren 11.1, 21.1 sind somit auf unterschiedliche Kettenglieder der zu überwachenden Kette 100 gerichtet und gleichzeitig auf unterschiedliche Bereiche eines Kettengliedes 110. Durch diese Anordnung erhalten beide Sensoren 11.1, 21.1 unterschiedliche Signale. Eine Überwachung der Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung zusätzlich zur Überwachung der Längung der Kettenglieder 110 ist möglich.
Zur Ermittlung der Längung der Kette 100 während des Betriebs generieren die Sensoren 11.1, 11.2, 21.1, 21.2 zeitlich aufgelöste Messdaten. Der Abstand des Kettengelenkbolzens unter dem ersten Sensor der ersten Baueinheit 11.1 zum Kettengelenkbolzen unter dem ersten Sensor der zweiten Baueinheit 21.1 ist dabei das Maß für die Länge der zu überwachenden Kette 100. Die Messdaten können z.B. elektrische Spannungen sein, falls die Sensoren 11.1, 11.2, 21.1, 21.2 Induktionssensoren oder Reluktanzsensoren sind. Denkbar sind auch Helligkeitswerte bei der Verwendung von optischen Sensoren 11.1, 11.2, 21.1, 21.2.
Die vom ersten Sensor der ersten Baueinheit 11.1 erzeugten Messdaten werden vom ersten Sensor der ersten Baueinheit 11.1 über die Schnittstelle der ersten Baueinheit 13 und den ersten Anschluss der ersten Baueinheit 14 zur Steuereinrichtung der ersten Baueinheit 12 übermittelt. Die vom ersten Sensor der zweiten Baueinheit erzeugten Messdaten vom ersten Sensor der zweiten Baueinheit 21,1 über die Schnittstelle der zweiten Baueinheit 23 mittels der Kabelverbindung 30 zur Steuereinrichtung der ersten Baueinheit 12 übermittelt.
In der Steuereinrichtung der ersten Baueinheit 12 werden die Messdaten zeitlich zugeordnet und so die Längenänderung der Kette 100 ermittelt. Die Steuereinrichtung der zweiten Baueinheit 22 ist abschaltbar ausgebildet. Umgekehrt kann auch die Steuereinrichtung der zweiten Baueinheit 22 zur Ermittlung der Längung der zu überwachenden Kette 100 verwendet werden, indem die Steuereinrichtung der ersten Baueinheit 12 abgeschaltet wird. Diese vorteilhafte Gestaltung der Kettensensorvorrichtung 1 ermöglicht die Überwachung auch derart großgliedriger Ketten 100, deren Länge eines Kettengliedes d größer ist als der Abstand s1 der beiden Sensoren 11.1, 11.2 bzw. 21.1, 21.2 einer Baueinheit 10, 20 zueinander.
Eine besonders vorteilhafte Gestaltung der erfindungsgemäßen Kettensensorvorrichtung 1 zeigt 4. In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Baueinheiten 10, 20 mittels einer Führung 60 auf der Grundplatte 40 verschiebbar zueinander angeordnet. Beide Baueinheiten 10, 20 sind auf einer Grundplatte 40 montiert und können zum Schutz vor Verschmutzungen von einem Gehäuse eingehaust sein.
Die erste Baueinheit 10 weist eine Schnittstelle 13, einen ersten Anschluss 14, eine Steuereinrichtung 12 sowie zwei Sensoren 11.1, 11.2 auf. Die zweite Baueinheit 20 ist im Wesentlichen baugleich zur ersten Baueinheit 10 ausgeführt und weist ebenfalls eine Schnittstelle 23, einen ersten Anschluss 24, eine Steuereinrichtung 22 sowie zwei Sensoren 21.1, 21.2 auf. Der erste Anschluss der ersten Baueinheit 14 ist mit der Schnittstelle der zweiten Baueinheit 23 mittels einer Kabelverbindung 30 verbunden.
Die beiden Baueinheiten 10, 20 sind derart entlang der zu überwachenden Kette 100 angeordnet, dass der Abstand s2 der zwei ersten Sensoren beider Baueinheiten 11.1, 21.1 zueinander einem ganzzahligen Vielfachen der Länge eines Kettengliedes d entspricht, zusätzlich um einen Betrag versetzt. Der versetzte Betrag beträgt mehr als das 0,1-fache, bevorzugt mehr als das 0,2-fache und besonders bevorzugt mehr als das 0,3-fache der Länge eines Kettengliedes d. Die Sensoren 11.1, 21.1 sind somit auf unterschiedliche Kettenglieder der zu überwachenden Kette 100 gerichtet und gleichzeitig auf unterschiedliche Bereiche eines Kettengliedes 110. Durch diese Anordnung erhalten beide Sensoren 11.1, 21.1 unterschiedliche Signale. Eine Überwachung der Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung zusätzlich zur Überwachung der Längung der Kettenglieder 110 ist möglich.
Zur Ermittlung der Längung der Kette 100 während des Betriebs generieren die Sensoren 11.1, 11.2, 21.1, 21.2 zeitlich aufgelöste Messdaten. Der Abstand des Kettengelenkbolzens unter dem ersten Sensor der ersten Baueinheit 11.1 zum Kettengelenkbolzen unter dem ersten Sensor der zweiten Baueinheit 21.1 ist dabei das Maß für die Länge der zu überwachenden Kette 100. Die Messdaten können z.B. elektrische Spannungen sein, falls die Sensoren 11.1, 11.2, 21.1, 21.2 Induktionssensoren oder Reluktanzsensoren sind. Denkbar sind auch Helligkeitswerte bei der Verwendung von optischen Sensoren 11.1, 11.2, 21.1, 21.2.
Die vom ersten Sensor der ersten Baueinheit 11.1 erzeugten Messdaten werden vom ersten Sensor der ersten Baueinheit 11.1 über die Schnittstelle der ersten Baueinheit 13 und den ersten Anschluss der ersten Baueinheit 14 zur Steuereinrichtung der ersten Baueinheit 12 übermittelt. Die vom ersten Sensor der zweiten Baueinheit erzeugten Messdaten vom ersten Sensor der zweiten Baueinheit 21,1 über die Schnittstelle der zweiten Baueinheit 23 mittels der Kabelverbindung 30 zur Steuereinrichtung der ersten Baueinheit 12 übermittelt.
In der Steuereinrichtung der ersten Baueinheit 12 werden die Messdaten zeitlich zugeordnet und so die Längenänderung der Kette 100 ermittelt. Die Steuereinrichtung der zweiten Baueinheit 22 ist abschaltbar ausgebildet. Umgekehrt kann auch die Steuereinrichtung der zweiten Baueinheit 22 zur Ermittlung der Längung der zu überwachenden Kette 100 verwendet werden, indem die Steuereinrichtung der ersten Baueinheit 12 abgeschaltet wird.
Diese Gestaltung der Kettensensorvorrichtung 1 ermöglicht die Überwachung auch derart großgliedriger Ketten 100, deren Länge eines Kettengliedes d größer ist als der Abstand s1 der beiden Sensoren 11.1, 11.2, bzw. 21.1, 21.2 einer Baueinheit 10, 20 zueinander. Außerdem kann die Kettensensorvorrichtung 1 leicht an die Länge eines Kettengliedes d unterschiedlicher zu überwachender Ketten 100, deren Länge eines Kettengliedes d unterschiedlich ist, angepasst werden, indem die Baueinheiten 10, 20 mittels der Führung 60 gegeneinander so verschoben werden, dass der Abstand s2 der zwei ersten Sensoren beider Baueinheiten 11.1, 21.1 zueinander einem ganzzahligen Vielfachen der Länge eines Kettengliedes d entspricht, zusätzlich um einen Betrag versetzt. Die Herstellung der Kettensensorvorrichtung 1 und deren Anpassung an unterschiedliche zu überwachende Ketten 100 wird dadurch wesentlich vereinfacht.
Bezugszeichenliste

1: Kettensensorvorrichtung
10: Erste Baueinheit
11.1: Erster Sensor der ersten Baueinheit
11.2: Zweiter Sensor der ersten Baueinheit
12: Steuereinrichtung der ersten Baueinheit
13: Schnittstelle der ersten Baueinheit
14: Erster Anschluss der ersten Baueinheit
15: Zweiter Anschluss der ersten Baueinheit
16: Magnetischer Teil-Kreis des ersten Sensors
17: Magnetisch leitfähiger Jochkörper des ersten Sensors
17.1, 17.2: Seitenschenkel des Jochkörpers des ersten Sensors
20: Zweite Baueinheit
21.1: Zweiter Sensor der zweiten Baueinheit
21.2: Zweiter Sensor der zweiten Baueinheit
22: Steuereinrichtung der zweiten Baueinheit
23: Zweite Schnittstelle
24: Erster Anschluss der zweiten Baueinheit
25: Zweiter Anschluss der zweiten Baueinheit
26: Magnetischer Teil-Kreis des zweiten Sensors
27: Magnetisch leitfähiger Jochkörper des zweiten Sensors
27.1,27.2: Seitenschenkel des Jochkörpers des zweiten Sensors
30: Kabelverbindung
40: Grundplatte
50: Steuereinrichtung
60: Führung
100: Kette
110: Kettenglied
d: Länge eines Kettengliedes (Abstand Bolzenmitte zu Bolzenmitte)
s1: Abstand zwischen zwei Sensoren einer Baueinheit
s2: Abstand eines Sensors der ersten Baueinheit zu einem Sensor der zweiten Baueinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5291131 [0005]
EP 1464919 A1 [0006]
US 7540374 B2 [0007]

Claims

Kettensensorvorrichtung (1) mit • einen ersten Sensor (11) • einen zweiten Sensor (21) und • Steuereinrichtung (12, 50) wobei der erste Sensor (11) in einer ersten Baueinheit (10) und der zweite Sensor (21) in einer zweiten Baueinheit (20) angeordnet ist, wobei die erste Baueinheit (10) unabhängig von der zweiten Baueinheit (20) positionierbar ist wobei die Steuereinrichtung (12, 50) extern von der zweiten Baueinheit (20) angeordnet ist wobei die zweite Baueinheit (20) eine Schnittstelle (23) aufweist, über die der zweite Sensor (21) mit der Steuereinrichtung (12) verbindbar ist.
Kettensensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (23) der zweiten Baueinheit (20) einen Anschluss (24) für eine Kabelverbindung (30) aufweist.
Kettensensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baueinheit (10) und die zweite Baueinheit (20) auf einer Grundplatte (40) angeordnet sind.
Kettensensorvorrichtung (1) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine der Baueinheiten (10, 20) auf der Grundplatte (40) verschiebbar angeordnet ist.
Kettensensorvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (12) in der ersten Baueinheit (10) angeordnet ist.
Kettensensorvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Baueinheit (20) eine Steuereinrichtung (22) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (22) der zweiten Baueinheit (20) deaktivierbar ist.
Kettensensorvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baueinheit (10) mit der zweiten Baueinheit (20) baugleich ist.
Kettensensorvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Sensoren (11, 21) die Position einer an den Sensoren (11, 21) vorbeilaufenden Kette (100) bestimmbar ist.
Kettensensorvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Sensoren (11, 21) optische Sensoren und/oder Induktionssensoren oder Reluktanzsensoren sind.
Kettensensorvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Baueinheit (10, 20) jeweils zwei Sensoren (11, 22) aufweisen.
Verfahren zu Ermittlung der Längung einer Kette (10) während des Betriebs, das folgende Verfahrensschritte aufweist: • Erfassen von Messdaten mit einem ersten Sensor • Erfassen von Messdaten mit einem zweiten Sensor • Übermitteln der Messdaten vom zweiten Sensor zu einer extern vom zweiten Sensor angeordneten Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung (12) unabhängig von dem zweiten Sensor (21) positionierbar ist.
Verfahren zu Ermittlung der Längung einer Kette (10) während des Betriebs nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (11) in einer ersten Baueinheit (10) und ein zweiter Sensor (21) in einer zweiten Baueinheit (20) angeordnet ist,
Verfahren zu Ermittlung der Längung einer Kette (10) während des Betriebs nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand s2 der beiden Sensoren (11, 21) auf die Länge der Kettenglieder (110) der zu überwachenden Kette (100) bei der Montage der Sensoren in der Umgebung der zu überwachenden Kette angepasst wird.
Verfahren zu Ermittlung der Längung einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die vom zweiten (21) Sensor erfassten Messdaten an die in der ersten Baueinheit (10) angeordneten Steuereinrichtung (12) übertragen werden.
Verfahren zu Ermittlung der Längung einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der zweiten Baueinheit (20) angeordnete Steuereinrichtung (22) deaktiviert wird.
Verfahren zu Ermittlung der Längung einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Ermittlung eines Längenwertes der Kette (100) aus den Messwerten umfasst.