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Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschinenaufstelleinheit mit mindestens einem Maschinenaufstellelement, insbesondere mit Maschinenschuh, auf dem eine Maschine aufstellbar ist.
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Eine derartige Maschinenaufstelleinheit ist in der
DE 196 10 092 A1 als bekannt ausgewiesen ist. Bei dieser bekannten Maschinenaufstelleinheit sind mehrere unter einer Maschine, wie z. B. einer Verpackungsmaschine, auf einer Standfläche aufstellbare Maschinenfüße vorgesehen, die zum Ausrichten höhenverstellbar ausgeführt sind. Beim Ausrichten der Maschine werden die Gewichtskräfte an jedem Maschinenfuß gemessen und jeder Maschinenfuß wird so lange verstellt, bis eine der genauen Ausrichtung der Maschine entsprechende Belastung verglichen mit einer vorgegebenen Soll-Gewichtskraft erreicht ist. Beispielsweise ist ein betreffender Maschinenfuß mit einer oberen Verankerungsplatte an der Unterseite der Maschine befestigt und die Verankerungsplatte ist über mehrere Stützen mit einem Fußstück verbunden, welches auf dem Untergrund ruht. Das Fußstück besteht beispielsweise aus einem Sockel zur Auflage auf dem Boden und einer oberen, topfartig ausgebildeten Abdeckung, welche den Sockel teilweise umgibt. Der Sockel besteht aus einem Bodenstück aus elastisch verformbarem Werkstoff, insbesondere Gummi. Zur Höhenverstellung sind der Sockel und die Abdeckung mithilfe einer Stellschraube teleskopartig zueinander bewegbar. Zur Messung der Gewichts- bzw. Stützkraft sind an in Folge der Gewichtskräfte sich verformenden Teilen des Maschinenfußes Messorgane z. B. in Form von Dehnmessstreifen oder piezoelektrischen Fühlern vorgesehen. Die Stellschrauben oder andere Stellorgane können mittels eines Stellmotors justiert werden. Die Erfassung der Gewichtskräfte dient bei diesem bekannten Verfahren bzw. der Vorrichtung zum Ausrichten der Maschine unter Höhenverstellung beim Aufstellen.
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Eine weitere Maschinenaufstelleinheit ist in der
EP 2 840 293 B1 vorgestellt. Sie besteht aus einem als Maschinenschuh ausgebildeten Maschinenaufstellelement und ist mit einer Nivelliereinheit versehen, welche einen Stellkeil mit bezüglich einer horizontalen Ebene in seiner Längsrichtung geneigten Keilflächen aufweist. Der Stellkeil ist zwischen Anlagenflächen einer ortsfesten Grundplatte und einer ortsfesten Kopfplatte gelagert und entlang derselben mittels einer Verstelleinheit mit Schraubspindel zur Nivellierung verschiebbar.
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Eine Maschinenaufstelleinheit mit einem ähnlichen nivellierbaren Maschinenschuh zeigt die
DE 10 2013 106 945 B4 . Hierbei weist das Maschinenaufstellelement einen Maschinenschuh auf, der seinerseits auf einem Schwingungsisolationsteil mit mehreren Schwingungsisolationskörpern zum Dämpfen und Isolieren von Eigen- und/oder Fremdschwingungen gelagert ist.
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In der
EP 2 522 877 B1 ist die Aufstellung eines schweren Gegenstands, nämlich einer relativ schweren Bearbeitungsmaschine, auf einer Anordnung von Maschinenaufstellelementen mit mehreren Schwingungsisolationseinheiten und darin integrierten Schwingungsisolationskörpern dargestellt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschinenaufstelleinheit der eingangs genannten Art bereitzustellen, die verbesserte Anpassungsmöglichkeiten an unterschiedliche Aufstellgegebenheiten bietet.
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Diese Aufgabe wird bei einer Maschinenaufstelleinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass mindestens ein Maschinenaufstellelement oder eine mit ihm gekoppelte Einschubplatte mit einer Sensorik versehen ist, die mindestens ein Sensorelement umfasst, mittels dessen auf die oder von der Maschine übertragene Kräfte und/oder Schwingungen erfassbar und davon abhängige Sensorsignale abgebbar sind.
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Mit diesen Maßnahmen lässt sich z. B. die ordnungsgemäße Aufstellung, Wirkungsweise und/oder eine Funktionsänderung etwa in Folge Alterung oder anderer Einflussfaktoren erkennen und darauf zweckmäßig reagieren.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung besteht dabei darin, dass die Sensorik zur Erfassung von Kräften und/oder Schwingungen in drei Raumrichtungen X, Y, Z ausgebildet ist.
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Für z. B. Diagnose- und/oder Steuerungszwecke besteht die erfindungsgemäße Maschinenaufstelleinheit weiterhin darin, dass von der Datenverarbeitungsvorrichtung erzeugte Verarbeitungsdaten als Kontroll- oder Wartungsdaten bereitgestellt sind und/oder dass Verarbeitungsdaten an eine Maschinensteuerung zur Einflussnahme auf einen Bearbeitungsprozess in Abhängigkeit der Sensorsignale abgebbar sind.
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Verschiedene vorteilhafte Ausbildungsvarianten der Sensorik bestehen darin, dass die Sensorik als das mindestens eine Kraft oder Schwingungen erfassende Sensorelement mindestens einen Dehnmessstreifen oder mindestens ein Piezoelement aufweist. Daneben kommen auch andere Sensorelemente in Betracht, wie z. B. Folien mit sich bei Dehnung ändernden elektrischen oder magnetischen Eigenschaften, andere Kraft-, Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsgeber oder sogenannte Smart-Materials oder andere resistive, kapazitive oder induktive Sensorelemente.
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Zu einer guten Funktionsweise trägt bei, dass das oder die Sensorelemente an mindestens einer definierten Soll-Biegestelle mindestens eines Maschinenschuhs oder der zugeordneten Einschubplatte angeordnet ist/sind.
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Hierbei besteht eine vorteilhafte Maßnahme darin, dass mindestens eine Soll-Biegestelle in dem Maschinenaufstellelement, dem Maschinenschuh oder der Einschubplatte durch die Geometrie von Hause aus gegeben oder gezielt eingearbeitet ist.
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Eine für die Funktion weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass mindestens ein Maschinenaufstellelement einen Schwingungsisolationskörper zum Dämpfen und Isolieren von Eigen- und Fremdschwingungen aufweist.
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Für die Analyse der Funktionsfähigkeit und/oder zum Ergreifen geeigneter Maßnahmen bei geänderter Funktion ist des Weiteren vorteilhaft vorgesehen, dass die Sensorik drahtgebunden oder drahtlos mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung in Signalübertragungsverbindung gebracht oder bringbar ist, die eine Auswerteeinheit zum Auswerten der Sensorsignale aufweist.
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Erweiterte Aussagen zur erfassten Situation, beispielsweise einer Schwerpunktlage, und/oder zur Funktion lassen sich dadurch erhalten, dass die Sensorsignale mehrerer Sensorelemente der Auswerteeinheit zugeführt sind und dass die Auswerteeinheit zum Verrechnen der Sensorsignale, insbesondere zum Bestimmen eines örtlichen und/oder zeitlichen Mittelwertes, ausgebildet ist.
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Mit der Ausgestaltung, dass das Maschinenaufstellelement, insbesondere der Maschinenschuh, mit einer Nivelliereinheit zum Ausnivellieren einer aufgenommenen Maschine versehen ist, lassen sich vorteilhafte Anpassungen an unterschiedliche Gegebenheiten vornehmen.
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Dabei besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass die Nivelliereinheit mit einer Stellmotoreinheit versehen ist, die mittels von der Datenverarbeitungsvorrichtung erzeugter Steuersignale zur Ausnivellierung in Abhängigkeit der Sensorsignale ansteuerbar ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1A, 1B und 1C eine Maschinenaufstelleinheit mit einem als Maschinenschuh ausgebildeten Maschinenaufstellelement und einer aufgelegten Einschubplatte in einer perspektivischen Ansicht von rechts vorn und schräg von oben, von links vorn und schräg von oben sowie in Vorderansicht,
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Maschinenaufstelleinheit mit einem als Maschinenschuh ausgebildeten Maschinenaufstellelement mit gegenüber den 1A, 1 B und 1C anders ausgebildeter aufgelegter Einschubplatte,
- 3A eine Einschubplatte nach den 1A, 1B und 1C in perspektivischer Ansicht,
- 3B eine Einschubplatte nach 3A in Draufsicht,
- 4 eine Grundplatte eines Maschinenschuhs in Draufsicht (oder entsprechend eine Kopfplatte eines Maschinenschuhs in Unteransicht) mit einem Sensorelement,
- 5 eine Grundplatte (oder alternativ Kopfplatte) eines Maschinenschuhs in perspektivischer Ansicht von oben (bzw. der Kopfplatte von unten) mit einem Sensorelement und einem Anschlussteil,
- 6 eine Maschinenaufstelleinheit mit einem an eine Datenverarbeitungsvorrichtung angeschlossenen Maschinenaufstellelement in schematischer Darstellung und
- 7 eine Datenverarbeitungsvorrichtung mit einer Bildschirmanzeige, auf der eine Anordnung mit vier Maschinenaufstellelementen der Maschinenaufstelleinheit und zugeordnete Messanzeigen dargestellt sind.
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Die
1A,
1B und
1C zeigen eine Maschinenaufstelleinheit mit einem Maschinenaufstellelement 4, welches einen Maschinenschuh 1 und eine darauf angeordnete, insbesondere angebrachte, Einschubplatte 13 aufweist. Der Maschinenschuh 1 umfasst in seinem einer Unterlage bzw. Boden zuzukehrenden unteren Bereich eine Grundplatte 11 und in seinem oberen, einer aufzunehmenden Einheit, wie Maschine, zuzukehrenden oberen Bereich eine Kopfplatte 12 sowie einen zwischen der Grundplatte 11 und der Kopfplatte 12 verstellbar angeordneten Stellkeil 10, der mittels einer Stellschraube 14 zur Änderung des Abstandes zwischen Unterseite und Oberseite des Maschinenschuhs 1 und damit Nivellierung der Höhe verstellbar ist. Eine Nivelliereinheit mit betreffendem Nivelliermechanismus ist z. B. in der eingangs genannten
EP 2 840 293 B1 und darin angeführten weiteren Druckschriften näher gezeigt und wird vorliegend nicht im Einzelnen dargestellt. Im Wesentlichen beruht sie auf der Verstellung des Stellkeils 10 in Längsrichtung relativ zur Grundplatte 11 und Kopfplatte 12 mittels der Stellschraube 14, wobei der Stellkeil 10 mit Führungsbahnen versehen ist, die entlang komplementärer Führungsbahnen der Grundplatte 11 und Kopfplatte 12 beim Verstellvorgang gleiten.
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Die Einschubplatte 13 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als z. B. in Draufsicht rechteckförmige oder quadratische Platte einer gewissen Dicke in der Größenordnung von z. B. einem oder mehreren Zentimetern ausgebildet und mit einer Sensoreinheit 20 einer Sensorik 2 versehen. Die Sensoreinheit 20 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen zentralen, in Draufsicht kreisförmigen Abschnitt auf, der über vier Anbindungsbereiche (Anbindungsstellen) mit dem übrigen Abschnitt der Einschubplatte 13 verbunden ist, wobei die Anbindungsstellen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt, vorliegend also um 90° voneinander beabstandet sind, also z. B. bezüglich der Ausränder der Einschubplatte 13 in einer 12-Uhr-, 15-Uhr-, 18-Uhr- und 21-Uhr-Richtung, wie auch die 3A und 3B zeigen. An den Anbindungsstellen zwischen dem zentralen kreisförmigen Abschnitt und der übrigen Einschubplatte 13 ist jeweils ein Sensorelement 21 der Sensoreinheit 20 angebracht. Der kreisförmige plattenförmige Abschnitt überragt mit seiner flachen Oberseite planparallel die flache Oberseite des übrigen Abschnitts der Einschubplatte 13, wie am besten aus 1C ersichtlich. Vorzugsweise ist unter dem kreisförmigen Abschnitt und den Anbindungsstellen ein Freiraum ausgebildet, so dass lediglich der übrige Abschnitt der Einschubplatte 13 auf der Oberseite der Kopfplatte 12 aufliegt. Bei aufgesetzter Maschine bzw. des betreffenden Maschinenabschnitts wird somit auf den kreisförmigen Abschnitt eine Aufstellkraft ausgeübt. Die Auflagerkräfte werden von den Sensorelementen 21 erfasst, die an den Anbindungsstellen angeordnet sind, welche gezielte Biegestellen darstellen. Vorzugsweise ist dabei die Anordnung und Geometrie der Sensoreinheit 20 mit dem kreisförmigen Abschnitt und den Sensorelementen 21 so gestaltet, dass bei mittiger Belastung an den hier vier definierten Biegestellen die gleiche Spannung und somit Dehnung erreicht wird. Aus den Spannungs- bzw. Dehnungswerten kann dann der Mittelwert gebildet werden und - gegebenenfalls umgerechnet in eine Kraft - an eine Auswerteeinheit mit entsprechender Auswertesoftware ausgegeben werden, die die betreffenden Sensorsignale verarbeitet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Sensorelemente 21 beispielsweise als Dehnmessstreifen (DMS) ausgebildet, jedoch kommen auch andere Sensorelemente 21, wie z. B. dehnungsempfindliche Folien oder sogenannte Smart Materials oder geeignete andere Sensorelemente in Betracht.
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In entsprechender Weise wie die vorstehend erläuterte Kraftmessung kann auch eine Messung von Schwingungen z. B. über Kräfte erfassende Sensoren, wegempfindliche Sensoren oder beschleunigungsempfindliche Sensoren erfolgen, wobei die Sensorsignale über einen Anschlussteil (vgl. 5 und 6) einer Datenverarbeitungsvorrichtung 3 mit einer entsprechend ausgebildeten Auswerteeinheit zugeführt werden.
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2 zeigt ein Maschinenaufstellelement 4 mit einem Maschinenschuh 1 und einer darauf angeordneten, insbesondere angebrachten, Einschubplatte 13, die mit einer gegenüber den 1A, 1B, 1C sowie 3A und 3B alternativ ausgebildeten Sensoreinheit 20 versehen ist. Hierbei sind vier Sensorelemente 21 in den Eckbereichen der Einschubplatte 13 angeordnet. Die Sensorelemente 21 sind auch hierbei mit ihrer Oberseite leicht erhöht gegenüber der übrigen rechteckigen Fläche angeordnet. U. a. aufgrund der statischen Überbestimmtheit müssen die Taschen der vier Sensorelemente 21 äußerst genau angefertigt werden, damit alle vier Sensoren auf dem Maschinenfuß exakt aufliegen. Die Sensorelemente 21 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Piezo-Sensoren ausgebildet, können aber auch hierbei andere Sensorelemente umfassen.
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Durch Ermittlung der Auflagerkräfte und Kenntnis der Lagerabstände kann, wie auch bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, z. B. der Schwerpunkt der einwirkenden Kraft durch ein entsprechendes Programm mittels der Auswerteeinheit berechnet werden. Dabei ist es z. B. für einen Monteur einfach und schnell möglich, bei mehr als drei Lagerpunkten festzustellen, ob alle Lagerpunkte belastet sind. Eine Anzeige kann z. B. auf dem Bildschirm der Datenverarbeitungsvorrichtung bzw. mittels eines Tablets oder einer Smartphone-App erfolgen, wie z. B. aus 7 ersichtlich.
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Alternativ zu den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Einschubplatte 13 auch unter dem Maschinenschuh 1 angeordnet bzw. angebracht sein.
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Die 4 und 5 zeigen bei einem weiteren Ausführungsbeispiel die Anordnung eines Sensorelements 21 auf der Oberseite der Grundplatte 11 oder auf der Unterseite der Kopfplatte 12 eines Maschinenschuhs 1. In 5 ist ein Anschlussteil 22 für einen drahtgebundenen Anschluss an eine Datenverarbeitungsvorrichtung 3 (vgl. 6) gezeigt. Auch eine drahtlose Übermittelung der Sensorsignale an die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 ist möglich.
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Wie aus 7 ersichtlich, kann auf der Sichtanzeige der Datenverarbeitungsvorrichtung 3 für mehrere Maschinenaufstellelemente 4 eine gesonderte Messwertanzeige dargestellt werden, so dass mehrere Aufstellpunkte einer Maschine mittels der Maschinenaufstelleinheit erfassbar und überwachbar sind.
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Das Maschinenaufstellelement 4 kann außer dem Maschinenschuh 1 und gegebenenfalls der Einschubplatte 13 mindestens ein Schwingungsisolationsteil mit mindestens einem Schwingungsisolationskörper umfassen, wobei auch eine Ausführung ohne Maschinenschuh 1 möglich ist, wie z. B. in den eingangs genannten
DE 10 2013 106 945 B4 und
EP 2 522 877 B1 gezeigt.
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Mittels der erfindungsgemäßen Maschinenaufstelleinheit kann der Anwender z. B. die Größe von sogenannten Wanderlasten (bewegte Massen in bzw. auf einer Maschine) feststellen, insbesondere wenn die Datenverarbeitungsvorrichtung im Zusammenhang mit der Sensorik 2 z. B. über Softwareprogramme und die Sichtanzeige entsprechend ausgebildet ist.
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Weiterhin kann durch das System mit der Maschinenaufstelleinheit eine Überbelastung festgestellt werden. In den meisten Fällen ist der Gesamtschwerpunkt einer Maschine oder Anlage nicht bekannt oder stimmt trotz Konstruktion z. B. in CAD nicht mit der realen Massenverteilung überein. So kann es bei einer sehr elastischen Aufstellung mit Aufstellelementen, bei denen das Maschinenaufstellelement z. B. mit Schwingungsisolationskörpern einer Schwingungsisolationseinheit versehen ist, zu anderen Punktlasten an den Aufstellpunkten kommen als berechnet, was zu einem Bruch eines Maschinenaufstellelements 4 führen kann oder zu einem Schiefstand der Maschine. Bei sich ändernden Belastungen, wie Wanderlasten, kann ebenfalls eine Überlastung festgestellt und z. B. mittels eines Signals optisch und/oder akustisch an einen Maschinenbediener oder Monteur ausgegeben werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Maschinenaufstelleinheit, insbesondere des Maschinenaufstellelements 4 bzw. Maschinenschuhs 1, kann mittels Information über unterschiedliche Auflagerkräfte und Kenntnis der statischen Steifigkeitskennlinien von unter dem Maschinenschuh 1 angebrachten elastischen Schwingungsisolationskörpern, wie Schwingungsisolierplatten und/oder Schwingungsdämpfungsplatten, mittels angebauter Stellmotoren über eine insbesondere im Maschinenschuh 1 integrierte Nivelliereinheit eine automatische Ausnivellierung der Maschine bzw. Anlage erfolgen.
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Ist die Sensorik 2 mit der Sensoreinheit 20 und den Sensorelementen 21 zur Erfassung von Schwingungen ausgebildet, können die betreffenden Sensorelemente 21 z. B. ebenfalls in der Einschubplatte 13 eingebaut sein oder an anderer Stelle des Maschinenaufstellelements 4, wie z. B. in der Grundplatte 11 oder Kopfplatte 12 des Maschinenschuhs 1. Die Sensorelemente 21, ausgebildet zur Erfassung von Schwingungen oder Kräften, sind vorteilhaft triaxial ausgebildet, um Kräfte bzw. Schwingungen in den 3-Raum-Richtungen X, Y, Z getrennt an jedem Aufstellpunkt erfassen zu können, wie z. B. Schwingwege, Schwinggeschwindigkeit, Schwingbeschleunigung. Auf den erhaltenen Sensorsignalen basierende Messergebnisse ergeben detaillierte Aussagen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 3 kann zusätzlich oder alternativ zur Anzeige auch zum Speichern der erhaltenen Sensorsignale bzw. daraus ermittelter Daten ausgebildet sein. Eine weitere Möglichkeit ist die Übertragung der Messdaten über Mobilfunk.
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Die Wartung kann auf der Basis der erhaltenen Daten auch vorausschauend gestaltet werden. Dadurch können Ausfälle frühzeitig erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Wenn sich die Messergebnisse vorher definierten Grenzwerten nähern oder diese sogar überschreiten, kann das System mit der Maschinenaufstelleinheit Mitarbeiter optisch oder akustisch informieren.
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In weiteren Ausbaustufen ist auch eine direkte Ankopplung der Maschinenaufstelleinheit an eine Maschinensteuerung denkbar, um sofort auf eine eingetretene Situation reagieren zu können, z.B. abwarten eines Bearbeitungsvorgangs solange ein Grenzwert überschritten ist. Auch ist ein Einsatz als Schwingungsmesssystem denkbar.
