DE102018217564A1 - Procedure for determining the preload loss of finite traction devices - Google Patents

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Jan-Henning Quaß
Thomas Winkler
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Abstract

Verfahren zur Ermittlung des Vorspannungsverlusts von endlichen Zugmitteln aus elastomerem Material innerhalb eines Linearantriebs, wobei das Zugmittel in seiner Längsrichtung im Zugmittelkörper eingebettete Festigkeitsträger bzw. Verstärkungselemente aufweist, wobei nach einer Einlaufphase des Linearantriebs für jede angefahrene Position des translatorisch bewegten Gegenstands die Ist-Position innerhalb des linearen Verfahrweges ermittelt und ins Verhältnis gesetzt wird zu einer aus den Bewegungsdaten des Antriebsmotors errechneten Soll-Position des translatorisch bewegten Gegenstands innerhalb des linearen Verfahrweges, wobei aus dem Verhältnis der beiden Positionen für jede angefahrene Position eine theoretische Anfangslänge Ldes Zugmittels ermittelt und gespeichert wird, wobei in der sich anschließenden Betriebsphase aus dem Verhältnis der jeweils aktuell gemessenen Ist- und Sollpositionen eine theoretische aktuelle Statuslänge Ldes Zugmittels ermittelt und mit den Zugmittellängen Lverglichen wird, wobei nach Überschreitung von vorgegebenen Schwellenwerten für die Differenzen ein Warnsignal gegeben bzw. zum Austausch des Zugmittels aufgefordert wird.Method for determining the loss of preload of finite traction means made of elastomeric material within a linear drive, the traction means having strength members or reinforcing elements embedded in the longitudinal direction in the traction element body, the actual position within each after a running-in phase of the linear drive for each position of the translationally moved object linear travel path is determined and compared to a target position of the translationally moved object, calculated from the movement data of the drive motor, within the linear travel path, a theoretical initial length L of the traction device being determined and stored for the position approached for each position, whereby in the subsequent operating phase, a theoretical current status length L of the traction device is determined from the ratio of the currently measured actual and target positions and with the traction Lengths L is compared, a warning signal being given after a predetermined threshold value for the differences has been exceeded, or an exchange of the traction means being requested.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Vorspannungsverlusts von endlichen Zugmitteln aus elastomerem Material innerhalb eines Linearantriebs, bei dem das Zugmittel über Umlenk- oder Antriebsrollen umläuft und endseitig mit einem angetriebenen und über einen vorgegebenen im Wesentlichen linearen Verfahrweg translatorisch bewegten Gegenstand verbunden ist, wobei das Zugmittel in seiner Längsrichtung im Zugmittelkörper eingebettete Festigkeitsträger bzw. Verstärkungselemente aufweist, vorzugsweise ausgebildet als aus Filamenten getwistete oder geschlagene Corde. Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Linearantrieb, der zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.The invention relates to a method for determining the preload loss of finite traction means made of elastomeric material within a linear drive, in which the traction means rotates via deflection or drive rollers and is connected at the end to a driven object that is translationally moved via a predetermined, essentially linear travel path, the Has traction means in its longitudinal direction embedded in the traction body strength members or reinforcing elements, preferably formed as twisted or struck cords made of filaments. The invention also relates to a linear drive which is designed to carry out the method.

Linearantriebe sind heutzutage in einer Vielzahl von Anwendungen bekannt. So werden beispielsweise Schlitten von Werkzeugmaschinen ebenso wie Leseköpfe in Kopierern, Druckvorrichtungen in Druckern und auch Transport- und Hubgeräte in Hochregallager durch Linearantriebe bewegt. Alle diese Linearantriebe müssen eine hohe Positioniergenauigkeit aufweisen, damit z.B. Werkstücke mit geringsten Toleranzen bearbeitet werden und Transportgüter millimetergenau an ihren Platz gesetzt werden können.Linear drives are known in a variety of applications today. For example, slides of machine tools as well as reading heads in copiers, printing devices in printers and also transport and lifting devices in high-bay warehouses are moved by linear drives. All of these linear drives must have high positioning accuracy so that e.g. Workpieces with the smallest tolerances can be machined and transport goods can be placed in their place with millimeter precision.

Bei einem üblichen Linearantrieb ist ein endliches Zugmittel, in der Regel aus elastomerem Material, und ist mit seinen beiden Enden mit dem translatorisch bewegten Gegenstand verbunden, also mit eben den genannten Werkzeugschlitten oder Hubvorrichtungen. Das Zugmittel ist angetriebenen und bewegt dann über einen vorgegebenen im Wesentlichen linearen Verfahrweg den bewegten Gegenstand, wobei das Zugmittel Umlenk- oder Antriebsrollen () umläuft, so dass ein Hin- und Herbewegen ermöglicht wird.In a conventional linear drive, a finite traction means, as a rule made of elastomeric material, is connected with its two ends to the object which is moved in translation, that is to say to the tool slide or lifting devices mentioned. The traction means is driven and then moves the moving object over a predetermined, essentially linear travel path, the traction means rotating around deflection or drive rollers (), so that a back and forth movement is made possible.

Bei Zugmitteln aus elastomeren Materialien ist die geforderte hohe Positioniergenauigkeit natürlich nur dann zu erreichen, wenn die Spannung in den Zugmitteln definiert und genau überwacht ist. Jegliches Nachlassen der Spannung oder gar ein „Durchhängen“ der Zugmittel führt dazu, dass die vorgegebenen Positionen nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit angefahren werden können.In the case of traction devices made of elastomeric materials, the required high positioning accuracy can of course only be achieved if the tension in the traction devices is defined and closely monitored. Any decrease in tension or even "sagging" of the traction means that the specified positions can no longer be approached with the required accuracy.

Vielfach werden heute Zahnriemen aus elastomerem Material als Zugmittel in solchen Linearantrieben eingesetzt. Hier sind installierte Zahnriemenlängen von bis zu 80 m keine Seltenheit mehr. Bei geschlossenen Systemen sind die Zugmittel/Zahnriemen an den Enden miteinander bzw. mit dem translatorisch bewegten Gegenstand verbunden, wie oben bereits beschrieben.Toothed belts made of elastomeric material are often used as traction devices in such linear drives. Here, installed timing belt lengths of up to 80 m are no longer uncommon. In closed systems, the traction means / toothed belts are connected at the ends to one another or to the translationally moved object, as already described above.

Im Linearantrieb unterscheidet man in eine zugbelastete Lastseite (Lasttrum) sowie einer Leerseite (Leertrum). Mit steigender Belastung des Lasttrums wird dieser Bereich elastisch gelängt, was wiederum zur Folge hat, dass das Leertrum Spannung verliert und „schlaff“ wird. Wird diese Längung zu groß oder manifestiert sie sich als bleibende Längung, kann nicht nur die vorgegebenen Positionen nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit angefahren werden, es kann auch vorkommen, dass der Zahnriemen nicht mehr ausreichend genau mit der Zahnscheibe kämmt, d.h. nicht mehr vernünftig in die Zahnscheibe einzahnt. Die Folge kann ein massiver Anwendungsschaden sein.In linear drives, a distinction is made between a tensile load side (load strand) and an empty side (empty strand). With increasing load on the load strand, this area is stretched elastically, which in turn means that the empty strand loses tension and becomes "limp". If this elongation becomes too large or it manifests itself as permanent elongation, not only can the specified positions no longer be approached with the required accuracy, it can also happen that the toothed belt no longer meshes with the toothed pulley with sufficient accuracy, i.e. no longer properly toothed in the toothed disc. The result can be massive application damage.

Um unterschiedliche große Lasten in einem Linearantrieb bewegen zu können, werden Zahnriemen im elastischen Bereich vorgespannt, so dass einer zu großen elastischen Dehnung durch eine solche Vorspannung entgegengewirkt wird. Eine solche Vorspannung bewirkt somit ein sicheres und innerhalb akzeptabler Toleranzen spielfreies Einlaufen des Zahnriemens in die Zahnscheibe.In order to be able to move loads of different sizes in a linear drive, toothed belts are pretensioned in the elastic range, so that excessive stretching is counteracted by such pretensioning. Such a pretension therefore causes the toothed belt to run into the toothed pulley safely and within acceptable tolerances.

Diese Vorspannung muss natürlich periodisch überprüft vor werden. Das findet üblicherweise bei stehendem Antrieb statt. Eingestellt wird die Vorspannung über die Eigenfrequenz des Riementrums. Das Riementrum wird dabei zu einer erzwungenen Schwingung angeregt und deren Veränderung abhängig von der Zugkraft im Riementrums nach den bekannten Formeln rechnerisch ermittelt, nämlich durch die Beziehung F z u g = 4   m   L T r u m 2 f e i g e n 2

Figure DE102018217564A1_0001
This preload must of course be checked periodically. This usually takes place when the drive is stopped. The pretension is set via the natural frequency of the belt strand. The belt strand is excited to a forced oscillation and its change depending on the tensile force in the belt strand is calculated using the known formulas, namely through the relationship F e.g. u G = 4th m L T r u m 2nd f e i G e n 2nd
Figure DE102018217564A1_0001

Hierbei ist
Fzug = Zugkraft im Trum eines Linearantriebs
LTrum = freie Teillänge (Trumlänge) [m]
m = Metergewicht des Zugmittels [ k g m ]

Figure DE102018217564A1_0002

feigen = Eigenfrequenz [Hz]Here is
F = train traction in the run of a linear actuator
L strand = free partial length (strand length) [m]
m = weight per meter of the traction device [ k G m ]
Figure DE102018217564A1_0002

f eigen = natural frequency [Hz]

Die Werte für die Spann- bzw, Zugkräfte müssen in der Regel durch manuelle Messungen regelmäßig überprüft werden und sind oft nur bei sehr eng begrenztem Bauraum durchzuführen. Sobald dann die Zugkräfte durch bleibende Dehnungen des elastomeren Materials und der Verstärkungselemente nicht mehr ausreichen, um z.B. ein sicheres Kämmen mit der Zahnscheibe und eine genaue Positionierung zu ermöglichen, muss nachgespannt und zum Schluss das Zugmittel ausgetauscht werdenThe values for the clamping or tensile forces generally have to be checked regularly by manual measurements and are often only to be carried out with very limited installation space. As soon as the tensile forces due to permanent expansion of the elastomeric material and the reinforcing elements are no longer sufficient to e.g. To ensure safe meshing with the toothed lock washer and precise positioning, it must be re-tensioned and the traction device must be replaced at the end

Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine einfachere Bestimmung des Abfalls der Vorspannung von Zugmitteln in Linearantrieben möglich wird und welches nur einen relativ geringen apparativen/konstruktiven Aufwand für die dazugehörigen Vorrichtungen beinhaltet.The object of the invention was therefore to provide a method which makes it easier to determine the drop in the pretensioning of traction means in linear drives and which involves only a relatively small outlay in terms of apparatus / construction for the associated devices.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Beansprucht ist auch ein in erfinderischer Weise ausgebildeter Linearantrieb.This task is solved by the features of the main claim. Further advantageous developments are disclosed in the subclaims. A linear drive designed in an inventive manner is also claimed.

Dabei wird nach einer Einlaufphase des Linearantriebs für jede angefahrene Position des translatorisch bewegten Gegenstands die Ist-Position des translatorisch bewegten Gegenstands innerhalb des linearen Verfahrweges ermittelt und ins Verhältnis gesetzt wird zu einer aus den Bewegungsdaten des Antriebsmotors, vorzugsweise den Umdrehungen der Antriebsrolle des Linearantriebs errechneten Soll-Position des translatorisch bewegten Gegenstands innerhalb des linearen Verfahrweges, wobei aus dem Verhältnis der beiden Positionen und den geometrischen Abmessungen des Linearantriebs für jede angefahrene Position eine theoretische Anfangslänge LAnfang (Pos 1-n) des Zugmittels ermittelt und in Form einer Basismenge oder Basiskurve von Zugmittellängen gespeichert wird, wobei in der der Einlaufphase sich anschließenden Betriebsphase aus dem Verhältnis der jeweils aktuell gemessenen Ist- und Sollpositionen eine theoretische aktuelle Statuslänge LAktuell (Pos 1-n) des Zugmittels ermittelt und mit den Zugmittellängen LAnfang (Pos 1-n) der Basismenge oder Basiskurve verglichen wird, wobei nach Überschreitung von vorgegebenen Schwellenwerten für die Differenzen ΔL(Pos 1-n) = LAnfang (Pos 1-n) - LAktuell (Pos 1-n) zwischen theoretischen Anfangslängen und theoretischen aktuellen Statuslängen der Zugmittel ein Warnsignal gegeben bzw. zum Austausch des Zugmittels aufgefordert wird. Damit kann der Vorspannungsabfall automatisiert ermittelt, dokumentiert und anhand von Schwellenwerten klassifiziert werden. Ein vorsorglich zeitlich festgeschriebener und begrenzter Einsatz des Zugmittels innerhalb des Linearantriebs, also von vornherein festgelegte, vorgegebene Austauschintervalle, ist dann nicht mehr nötig, da der Vorspannungsverlust durch Abnutzung oder Alterung permanent bzw. je nach Bedarf ermittelt werden kann.After a running-in phase of the linear drive, the actual position of the translationally moved object within the linear travel path is determined for each approached position and is related to a target calculated from the movement data of the drive motor, preferably the revolutions of the drive roller of the linear drive -Position of the translationally moved object within the linear travel path, a theoretical starting length L beginning (Pos 1-n) of the traction device being determined from the ratio of the two positions and the geometric dimensions of the linear drive and in the form of a base quantity or base curve of Zugmittellängen is stored, wherein in the run-in subsequent operating phase from the ratio of the respectively currently measured actual and desired positions of a theoretical current status Currently length L (Pos 1-n) of the traction means and determines nd is compared with the traction means length L beginning (item 1-n) of the base quantity or base curve, whereby after exceeding predetermined threshold values for the differences ΔL (item 1-n) = L beginning (item 1-n) - L current (item 1 -n) between the theoretical initial lengths and the theoretical current status lengths of the traction devices, a warning signal is given or the traction device is requested to be replaced. The drop in pre-stress can thus be automatically determined, documented and classified using threshold values. A precautionary and limited use of the traction device within the linear drive, i.e. predetermined replacement intervals that are defined from the outset, is then no longer necessary, since the loss of preload due to wear or aging can be determined permanently or as required.

Die Veränderung und Alterung solcher als Zugmittel für Linearantriebe verwendeten Antriebsriemen, insbesondere auch Zahnriemen, zeigt sich nämlich besonders an der mit der Betriebsdauer sich verändernden bleibenden Längung oder Dehnung der Zugmittel.The change and aging of such drive belts used as traction means for linear drives, in particular also toothed belts, is particularly evident in the permanent elongation or elongation of the traction means, which changes over time.

Eine Ursache dafür sind die infolge der jeweils vorliegenden Belastungskollektive eines Zugmittels im Laufe der Lebenszeit im Zugmittel und in den Festigkeitsträgern/Zugträgern des Zugmittels entstehenden zu Verschleißerscheinungen. Betrachtet man nämlich das Zusammenspiel zwischen der Zugbeanspruchung des Zugmittels und der Anzahl an Biegungen an den Umlenkrollen und Antriebsscheiben, so ergibt sich ein typisches Verschleißbild, welches die Zugfestigkeit des Tragmittels so weit reduziert, dass sich eine bleibende Längung /Dehnung ausprägt. Diese Verringerung der Zugfestigkeit entsteht im Wesentlichen durch eine Verringerung des tragenden Querschnitts infolge von Reibung/Verschleiß der einzelnen Filamente zueinander, das so genannte „Fretting“. Auch kann eine Verringerung des tragenden Querschnitts durch Sprödbrüche einzelner Filamente infolge der Biegewechsel-Dauerbelastung entstehen.One reason for this are the signs of wear that occur in the traction device and in the strength members / traction members of the traction device as a result of the load collective of a traction device in the course of the service life. If you look at the interplay between the tensile stress on the traction device and the number of bends on the deflection pulleys and drive pulleys, a typical wear pattern results that reduces the tensile strength of the suspension device to such an extent that there is permanent elongation / elongation. This reduction in tensile strength essentially results from a reduction in the load-bearing cross-section as a result of the friction / wear of the individual filaments against one another, the so-called “fretting”. A reduction in the load-bearing cross-section can also occur due to brittle fractures of individual filaments as a result of the constant bending load.

Durch diese Vorgänge und durch eine geometrische Veränderung der einzelnen Zugelemente innerhalb der Polymermatrix entsteht eine Längenänderung des Zugmittels. Die geometrische Veränderung der einzelnen Zugträger/Zugelemente entsteht zum Beispiel dadurch, dass durch Reibung/Verschleiß der miteinander geschlagenen / getwisteten Filamente, das heißt durch im Betrieb erfolgende Bewegung der einzelnen Filamente relativ zueinander, also durch das bereits genannte Fretting, eine Veränderung der Form und der Lage der einzelnen Filamente und Litzen eines Zugträger resultiert. Dies erzeugt eine Durchmesseränderung innerhalb der Zugträger und damit auch eine Längung des Zugmittels oder Zahnriemens, die detektierbar ist. Die Längenänderung ist damit ein Maß für die Veränderung des Zug-Dehnungsverhalten des Zugmittels, d.h. für die Alterung des Zugmittels. Mit der entsprechenden Korrelation zwischen der Längung des Zugmittels oder Zugriemens einerseits und der Alterung bzw. verbliebenen Resttragfähigkeit des Zugmittels andererseits erreicht man durch das erfindungsgemäße Verfahren eine sichere und eindeutige Kontrolle der Vorspannungsfähigkeit des Zugmittels und kann den Austauschzeitpunkt mit guter Genauigkeit bestimmen. Die Ermittlung der bleibenden Riemenlängung bei einem Zahnriemen erlaubt zudem eine Aussage darüber, ab welchen Zeitpunkt die Zahnteilung des Riemens nicht mehr mit der - unveränderlichen - Zahnteilung der Scheibe übereinstimmt und ein Wechsel erfolgen muss.These processes and a geometric change in the individual traction elements within the polymer matrix result in a change in the length of the traction means. The geometric change of the individual tension members / tension elements arises, for example, from the fact that friction / wear of the filaments twisted together / twisted, i.e. through movement of the individual filaments relative to one another during operation, that is to say through the aforementioned fretting, a change in shape and the position of the individual filaments and strands of a tension member results. This creates a change in diameter within the tension member and thus an elongation of the traction means or toothed belt, which is detectable. The change in length is thus a measure of the change in the tensile / elongation behavior of the traction means, i.e. for the aging of the traction device. With the corresponding correlation between the elongation of the traction device or traction belt on the one hand and the aging or remaining residual load-bearing capacity of the traction device on the other hand, the method according to the invention enables reliable and unambiguous control of the prestressing capacity of the traction device and can determine the time of replacement with good accuracy. The determination of the remaining belt elongation for a toothed belt also allows a statement to be made as to when the tooth pitch of the belt no longer matches the - unchangeable - tooth pitch of the pulley and a change must be made.

Es kann natürlich auch eine bestimmte Anzahl von Lastspielen oder eine bestimmte Betriebszeit vorgegeben werden, wonach jeweils das Verhältnis der ursprünglich gemessenen Länge und der dann vorhandenen entsprechenden Länge des Tragmittels gemessen werden.Of course, a certain number of load cycles or a certain operating time can also be specified, after which the ratio of the originally measured length and the corresponding length of the suspension element then present is measured.

Die Längung und damit der Verlust der Vorspannung kann praktisch dadurch ermittelt werden, dass man beispielsweise die genaue Position des Werkzeugschlittens oder des Hubgeräts im Hochregallager dadurch ermittelt, dass man Positionsencoder an Umlenkscheiben, eine separate Lage- oder Höhenkopierung vorsieht, die die jeweilige Ist-Position des translatorisch bewegten Gegenstands detektiert.The elongation and thus the loss of the pretension can be determined practically by, for example, determining the exact position of the tool slide or the lifting device in the high-bay warehouse by using position encoders on deflection disks, a separate position or Provides height copying, which detects the respective actual position of the translationally moved object.

Zudem muss über die Antriebsscheibe oder über Motordaten ermittelt werden können, welchen theoretischen Weg der Riemen zurücklegt. Dies kann über die Ermittlung der Anzahl der Drehungen eines Antriebsmotors - in Kenntnis der Getriebeübersetzungen - oder durch Messung der Bewegung eines Linearmotors erfolgen. Geeignet sind dafür Drehungssensoren, Hall-Sensoren, Encoder im Antriebsmotor oder Encoder an der Antriebsscheibe.In addition, the drive pulley or motor data must be able to determine which theoretical path the belt travels. This can be done by determining the number of rotations of a drive motor - with knowledge of the gear ratios - or by measuring the movement of a linear motor. Rotation sensors, Hall sensors, encoders in the drive motor or encoders on the drive pulley are suitable for this.

So wird jede tatsächlich angefahrene „reale Position“ des translatorisch bewegten Gegenstands als Ist-Position des translatorisch bewegten Gegenstands innerhalb des linearen Verfahrweges ermittelt und ins Verhältnis gesetzt wird zu einer aus den Bewegungsdaten des Antriebsmotors „errechneten Position“, nämlich der Soll-Position des translatorisch bewegten Gegenstands innerhalb des linearen Verfahrweges. Aus dem Verhältnis der beiden Positionen und den geometrischen Abmessungen des Linearantriebs wird für jede angefahrene Position eine theoretische Anfangslänge LAnfang (Pos 1-n) des Zugmittels ermittelt und in Form einer Basismenge oder Basiskurve von Zugmittellängen gespeichert.In this way, each actually reached "real position" of the translationally moved object is determined as the actual position of the translationally moved object within the linear travel path and is related to a position "calculated" from the movement data of the drive motor, namely the target position of the translationally moving object within the linear path. From the ratio of the two positions and the geometrical dimensions of the linear drive, a theoretical initial length L beginning (item 1-n) of the traction device is determined for each position approached and stored in the form of a basic quantity or curve of traction device lengths.

Über eine solche Kopplung der beiden Messwerte (reale Position/errechnete Position) kann für jede angefahrene Position eine theoretische Riemenlänge ermittelt werden. Bei der Inbetriebnahme wird eine Basiskurve für die jeweiligen theoretischen Riemenlängen aufgezeichnet, welche mit der entsprechenden Statuskurve zu nachfolgenden Zeitpunkten verglichen werden kann. Im Laufe der Zeit wird der aktuelle Wert für die Riemenlange immer weiter von der Basiskurve abweichen. Nach dem Erreichen einer definierten Abweichung zum Ausgangszustand wird ein Signal als Hinweis zum Nachspannen des Zahnriemens gegeben.Such a coupling of the two measured values (real position / calculated position) can be used to determine a theoretical belt length for each position approached. During commissioning, a base curve for the respective theoretical belt lengths is recorded, which can be compared with the corresponding status curve at subsequent times. Over time, the current belt length will continue to deviate from the base curve. After reaching a defined deviation from the initial state, a signal is given as an indication of retensioning the toothed belt.

Unter dem Begriff „Einlaufphase“, auch „eingelaufener Neuzustand“ versteht man denjenigen Zustand des Zugmittels/ Zahnriemens, der nach einer Reihe von mehreren hundert Belastungszyklen durch Setzungen und Einlaufen des Systems entstanden ist. Als Belastungszyklus ist hier ein vollständiges lineares Verfahren des translatorisch bewegten Gegenstandes über den zur Verfügung stehenden Verfahrweg bzw. ein Aufwärts- oder Abwärtshub des Hubgerätes in einem Hochregallager zu verstehen. In Bezug auf das Zugmittel hat sich dann die Verbindung zwischen Festigkeitsträgern oder Zugträgern und der Polymer- oder Gummimatrix und das Einlaufen in die Umlenk- und Antriebsrollen soweit gesetzt, dass wesentliche Zustandsveränderungen in Bezug auf die Vorspannung sich nur noch nach sehr viel längeren Zeiträumen ausbilden. Danach dient dann die Längenänderung des Zugmittels als Indikator für die Alterung bzw. den Abbau der Vorspannung.The term "running-in phase", also "run-in new condition" means the condition of the traction device / toothed belt that has arisen after a series of several hundred load cycles due to settlement and running-in of the system. A load cycle is to be understood here as a complete linear movement of the translationally moving object via the available travel path or an upward or downward stroke of the lifting device in a high-bay warehouse. With regard to the traction device, the connection between the strength members or the tensile members and the polymer or rubber matrix and the running into the deflection and drive rollers has become so great that significant changes in state with regard to the pretension only develop after a much longer period of time. The change in length of the traction device then serves as an indicator of the aging or reduction of the pretension.

Wie bereits oben dargestellt, kommt es infolge der jeweils vorliegenden Belastungskollektive eines Tragmittels es im Laufe der Lebenszeit im Zugmittel und in den Zugträgern zu Verschleißerscheinungen, die einen Einfluß auf die Form, die Zugfestigkeit und die Vorspannung des Zugmittels haben und z.B. eine Verringerung der tragenden Querschnitte infolge von Reibung/Verschleiß der einzelnen Filamente zueinander verursachen können. Durch solche Form-und Festigkeitsveränderungen, also auch durch bleibende Dehnungen und Einschnürungen der Festigkeitsträger eines Zugmittels, verändert sich auch sein elastisches Verhalten, nämlich die elastische und die bleibende Dehnung während des Betriebs.As already described above, the load collectives of a suspension element present in the course of their lifetime lead to signs of wear in the tension element and in the tension members, which have an influence on the shape, the tensile strength and the pretension of the tension element and e.g. a reduction in the load-bearing cross-sections due to friction / wear of the individual filaments can cause each other. Such changes in shape and strength, ie also due to permanent expansions and constrictions of the strength members of a traction means, also change its elastic behavior, namely the elastic and the permanent expansion during operation.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Ist-Positionen des translatorisch bewegten Gegenstands durch innerhalb des linearen Verfahrwegs angeordnete und die Position des translatorisch bewegten Gegenstands detektierende Positionssensoren ermittelt werden. Damit ergibt sich eine kostengünstige Möglichkeit, mit einfachen Mess-Sensoren die Ist-Position innerhalb des Verfahrweges zu bestimmen.An advantageous development consists in that the actual positions of the translationally moving object are determined by position sensors arranged within the linear travel path and detecting the position of the translationally moving object. This provides a cost-effective way to determine the actual position within the travel path using simple measuring sensors.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Ist-Positionen des translatorisch bewegten Gegenstands durch Positionsencoder oder Drehgeber an den Umlenkscheiben ermittelt werden. Auch hier kann man bekannte und bewährte Sensorik einsetzen, um die Ist-Position zu bestimmen, zumal dies dieselbe Art von Sensoren sein kann, die auch dafür genutzt wird, die Soll-Positionen des translatorisch bewegten Gegenstands durch Positionsencoder oder Drehgeber an der Antriebsscheibe ermittelt werden.An advantageous development consists in that the actual positions of the translationally moved object are determined on the deflection disks by position encoders or rotary encoders. Here, too, known and proven sensors can be used to determine the actual position, especially since this can be the same type of sensor that is also used to determine the desired positions of the translationally moving object by means of position encoders or rotary encoders on the drive disk .

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Soll-Positionen des translatorisch bewegten Gegenstands durch Positionsencoder im Antriebsmotor ermittelt werden. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn der Antrieb durch einen Linearmotor erfolgt.An advantageous further development consists in that the target positions of the translationally moved object are determined by position encoders in the drive motor. This is particularly useful when the drive is made by a linear motor.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die aus dem Verhältnis der jeweils aktuell gemessenen Ist- und Sollpositionen ermittelte theoretische aktuelle Statuslänge LAktuell (Pos 1-n) des Zugmittels und der Vergleich mit den Zugmittellängen LAnfang (Pos 1-n) der Basismenge oder Basiskurve anhand von Schwellenwerten für die Differenzen ΔL(Pos 1-n) = LAnfang (Pos 1-n) - LAktuell (Pos 1-n) so erfolgt, dass die Schwellenwerte über Methoden der künstlichen Intelligenz erlernt werden anhand von Relationen zwischen Vorspannung der Zugmittel und Positioniergenauigkeit eines Linearantriebs. Als Entscheidungskriterium für die Zulassung eines Schwellenwertes kann dann eine gerade noch erlaubte Relation zwischen Vorspannung und Positioniergenauigkeit vorgewählt werden, deren Erreichen oder Überschreiten jeweils im Lauf der Betriebszeit neu überprüft wird und als Lernkurve für bestimmte Zahnriemen und Antriebskonstellationen gespeichert wird.A further advantageous embodiment consists of the fact that the theoretical current status length L current (item 1-n) of the traction device and the comparison with the traction device lengths L beginning (item 1-n) of the basic quantity determined from the ratio of the currently measured actual and target positions or base curve based on threshold values for the differences ΔL (item 1-n) = L start (item 1-n) - L current (item 1-n) in such a way that the threshold values are learned using methods of artificial intelligence based on relations between Preloading of the traction devices and positioning accuracy of a linear drive. As a decision criterion for the admission of a threshold value, a just allowed relation between preload and positioning accuracy can be preselected, the reaching or exceeding of which is checked again in the course of the operating time and saved as a learning curve for certain timing belts and drive constellations.

Besonders geeignet für die Anwendung eines solchen Verfahrens ist ein Linearantrieb mit einem durch endliche Zugmitteln aus elastomerem Material angetriebenen und über einen vorgegebenen im Wesentlichen linearen Verfahrweg translatorisch bewegten Gegenstand, bei dem das Zugmittel Umlenk- oder Antriebsrollen umläuft und endseitig mit dem translatorisch bewegten Gegenstand verbunden ist, wobei das Zugmittel in seiner Längsrichtung im Zugmittelkörper eingebettete Festigkeitsträger bzw. Verstärkungselemente aufweist, vorzugsweise ausgebildet als aus Filamenten getwistete oder geschlagene Corde, wobei der Linearantrieb einerseits innerhalb des linearen Verfahrweges angeordnete Positionsmesseinrichtungen für jede angefahrene Ist-Position des translatorisch bewegten Gegenstands aufweist, wobei der Linearantrieb andererseits innerhalb der Antriebselemente angeordnete und die Bewegungsdaten der Antriebselemente aufnehmende Messeinrichtungen aufweist, vorzugsweise Messeinrichtungen in einem Antriebsmotors oder in einer Antriebsrolle des Linearantriebs, wobei der Linearantrieb weiterhin eine Steuerungs- und Recheneinheit aufweist, welche die ersten Messwerte der Positionsmesseinrichtungen mit zweiten Messwerten vergleicht, die aus den Bewegungsdaten der Antriebselemente rechnerisch ermittelt sind und aus dem Verhältnis der ersten und zweiten Messwerte und aus weiteren geometrischen Abmessungen des Linearantriebs für jede angefahrene Position des bewegten Gegenstands eine theoretische Länge L des Zugmittels ermittelt, über einen Betriebszeitraum kontinuierlich speichert und Veränderungen der gespeicherten theoretischen Längen detektiert und anhand von Schwellenwerten bewertet.A linear drive with an object driven by finite traction means made of elastomeric material and translationally moved over a predetermined, essentially linear travel path is particularly suitable for the application of such a method, in which the traction means rotates around deflection or drive rollers and is connected at the end to the translationally moving object , wherein the traction device has in its longitudinal direction embedded in the traction element strength members or reinforcing elements, preferably designed as twisted or beaten cords from filaments, the linear drive on the one hand having position measuring devices arranged within the linear travel path for each actual position of the translationally moved object, the Linear drive, on the other hand, has measuring devices arranged within the drive elements and recording the movement data of the drive elements, preferably measuring devices in ei nem drive motor or in a drive roller of the linear drive, the linear drive further comprising a control and arithmetic unit which compares the first measured values of the position measuring devices with second measured values, which are determined by calculation from the movement data of the drive elements and from the ratio of the first and second measured values and A theoretical length L of the traction device is determined from further geometric dimensions of the linear drive for each position of the moving object that is approached, is continuously stored over an operating period, and changes in the stored theoretical lengths are detected and evaluated on the basis of threshold values.

Claims (7)

Verfahren zur Ermittlung des Vorspannungsverlusts von endlichen Zugmitteln () aus elastomerem Material innerhalb eines Linearantriebs, bei dem das Zugmittel über Umlenk- oder Antriebsrollen umläuft und endseitig mit einem angetriebenen und über einen vorgegebenen im Wesentlichen linearen Verfahrweg translatorisch bewegten Gegenstand verbunden ist, wobei das Zugmittel in seiner Längsrichtung im Zugmittelkörper eingebettete Festigkeitsträger bzw. Verstärkungselemente aufweist, vorzugsweise ausgebildet als aus Filamenten getwistete oder geschlagene Corde, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Einlaufphase des Linearantriebs für jede angefahrene Position des translatorisch bewegten Gegenstands die Ist-Position des translatorisch bewegten Gegenstands innerhalb des linearen Verfahrweges ermittelt und ins Verhältnis gesetzt wird zu einer aus den Bewegungsdaten des Antriebsmotors, vorzugsweise den Umdrehungen der Antriebsrolle des Linearantriebs errechneten Soll-Position des translatorisch bewegten Gegenstands innerhalb des linearen Verfahrweges, wobei aus dem Verhältnis der beiden Positionen und den geometrischen Abmessungen des Linearantriebs für jede angefahrene Position eine theoretische Anfangslänge LAnfang (Pos 1-n) des Zugmittels ermittelt und in Form einer Basismenge oder Basiskurve von Zugmittellängen gespeichert wird, wobei in der der Einlaufphase sich anschließenden Betriebsphase aus dem Verhältnis der jeweils aktuell gemessenen Ist- und Sollpositionen eine theoretische aktuelle Statuslänge LAktuell (Pos 1-n) des Zugmittels ermittelt und mit den Zugmittellängen LAnfang (Pos 1-n) der Basismenge oder Basiskurve verglichen wird, wobei nach Überschreitung von vorgegebenen Schwellenwerten für die Differenzen ΔL(Pos 1-n) = LAnfang (Pos 1-n) - LAktuell (Pos 1-n) zwischen theoretischen Anfangslängen und theoretischen aktuellen Statuslängen der Zugmittel ein Warnsignal gegeben bzw. zum Austausch des Zugmittels aufgefordert wird.Method for determining the preload loss of finite traction means () made of elastomeric material within a linear drive, in which the traction means rotates via deflection or drive rollers and is connected at the end to a driven object that is translationally moved via a predetermined, essentially linear travel path, the traction means in its longitudinal direction has strength members or reinforcing elements embedded in the traction element body, preferably designed as cords twisted or beaten from filaments, characterized in that after a running-in phase of the linear drive, the actual position of the translationally moved object within the linear travel path for each position of the translationally moved object that is approached is determined and related to a target position of the transl. calculated from the movement data of the drive motor, preferably the revolutions of the drive roller of the linear drive atorically moving object within the linear travel path, a theoretical initial length L beginning (item 1-n) of the traction device being determined from the ratio of the two positions and the geometric dimensions of the linear drive for each position approached, and stored in the form of a basic quantity or base curve of traction device lengths , in the operating phase that follows the running-in phase, a theoretical current status length L current (item 1-n) of the traction device is determined from the ratio of the currently measured actual and target positions and with the traction device lengths L start (item 1-n) of the base quantity or Base curve is compared, and after exceeding predetermined threshold values for the differences ΔL (item 1-n) = L start (item 1-n) - L current (item 1-n) between the theoretical initial lengths and the theoretical current status lengths of the traction devices, a warning signal is given or to replace the traction device. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ist-Positionen des translatorisch bewegten Gegenstands durch innerhalb des linearen Verfahrwegs angeordnete und die Position des translatorisch bewegten Gegenstands detektierende Positionssensoren ermittelt werden.Procedure according to Claim 1 , in which the actual positions of the translationally moving object are determined by position sensors arranged within the linear travel path and detecting the position of the translationally moving object. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ist-Positionen des translatorisch bewegten Gegenstands durch Positionsencoder oder Drehgeber an den Umlenkscheiben ermittelt werden.Procedure according to Claim 1 , in which the actual positions of the translationally moved object are determined by position encoders or rotary encoders on the deflection disks. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Soll-Positionen des translatorisch bewegten Gegenstands durch Positionsencoder im Antriebsmotor ermittelt werden.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , in which the target positions of the translationally moved object are determined by position encoders in the drive motor. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Soll-Positionen des translatorisch bewegten Gegenstands durch Positionsencoder oder Drehgeber an der Antriebsscheibe ermittelt werden.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , in which the target positions of the translationally moved object are determined by position encoders or rotary encoders on the drive disk. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die aus dem Verhältnis der jeweils aktuell gemessenen Ist- und Sollpositionen ermittelte theoretische aktuelle Statuslänge LAktuell (Pos 1-n) des Zugmittels und der Vergleich mit den Zugmittellängen LAnfang (Pos 1-n) der Basismenge oder Basiskurve anhand von Schwellenwerten für die Differenzen ΔL(Pos 1-n) = LAnfang (Pos 1-n) - LAktuell (Pos 1-n) so erfolgt, dass die Schwellenwerte über Methoden der künstlichen Intelligenz erlernt werden anhand von Relationen zwischen Vorspannung der Zugmittel und Positioniergenauigkeit eine Linearantriebs.Procedure according to one of the Claims 1 to 5 , in which the theoretical current status length L current (item 1-n) of the traction device and the comparison with the traction device lengths L beginning (item 1-n) of the base quantity or base curve based on threshold values determined from the ratio of the currently measured actual and target positions for the differences ΔL (item 1-n) = L start (item 1-n) - L current (item 1-n) in such a way that the threshold values are learned using methods of artificial intelligence based on the relationships between the pre-tensioning of the traction means and the positioning accuracy a linear actuator. Linearantrieb mit einem durch endliche Zugmitteln aus elastomerem Material angetriebenen und über einen vorgegebenen im Wesentlichen linearen Verfahrweg translatorisch bewegten Gegenstand, bei dem das Zugmittel Umlenk- oder Antriebsrollen umläuft und endseitig mit dem translatorisch bewegten Gegenstand verbunden ist, wobei das Zugmittel in seiner Längsrichtung im Zugmittelkörper eingebettete Festigkeitsträger bzw. Verstärkungselemente aufweist, vorzugsweise ausgebildet als aus Filamenten getwistete oder geschlagene Corde, wobei der Linearantrieb einerseits innerhalb des linearen Verfahrweges angeordnete Positionsmesseinrichtungen für jede angefahrene Ist-Position des translatorisch bewegten Gegenstands aufweist, wobei der Linearantrieb andererseits innerhalb der Antriebselemente angeordnete und die Bewegungsdaten der Antriebselemente aufnehmende Messeinrichtungen aufweist, vorzugsweise Messeinrichtungen in einem Antriebsmotors oder in einer Antriebsrolle des Linearantriebs, wobei der Linearantrieb weiterhin eine Steuerungs- und Recheneinheit aufweist, welche die ersten Messwerte der Positionsmesseinrichtungen mit zweiten Messwerten vergleicht, die aus den Bewegungsdaten der Antriebselemente rechnerisch ermittelt sind und aus dem Verhältnis der ersten und zweiten Messwerte und aus weiteren geometrischen Abmessungen des Linearantriebs für jede angefahrene Position des bewegten Gegenstands eine theoretische Länge L des Zugmittels ermittelt, über einen Betriebszeitraum kontinuierlich speichert und Veränderungen der gespeicherten theoretischen Längen detektiert und anhand von Schwellenwerten bewertet, entsprechend den Verfahrensschritten nach Anspruch 1 bis 6. Linear drive with an object which is driven by finite traction means made of elastomeric material and which is translationally moved over a predetermined essentially linear travel path, in which the traction means rotates around deflection or drive rollers and is connected at the end to the translationally moved object, the traction means being embedded in the traction element body in its longitudinal direction Has strength members or reinforcing elements, preferably designed as twisted or beaten cords, the linear drive on the one hand has position measuring devices arranged within the linear travel path for each actual position of the translationally moved object, the linear drive on the other hand arranged within the drive elements and the movement data of the Measuring devices receiving drive elements, preferably measuring devices in a drive motor or in a drive roller of the linear drive, wobe i the linear drive also has a control and arithmetic unit which compares the first measured values of the position measuring devices with second measured values, which are determined by calculation from the movement data of the drive elements and from the ratio of the first and second measured values and from further geometric dimensions of the linear drive for each approached Position of the moving object, a theoretical length L of the traction device is determined, continuously stored over an operating period, and changes in the stored theoretical lengths are detected and evaluated on the basis of threshold values according to the method steps Claim 1 to 6 .
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