DE102021107895A1

DE102021107895A1 - Kettensensorvorrichtung und verfahren zur ermittlung des verschleisses

Info

Publication number: DE102021107895A1
Application number: DE102021107895.4A
Authority: DE
Inventors: Josef Siraky; Thomas Wolf
Original assignee: Iwis Antriebssysteme GmbH and Co KG
Current assignee: Iwis Antriebssysteme GmbH and Co KG
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-09-29
Also published as: US20220307813A1; CN115127434A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette während des Betriebs mit den folgenden Verfahrensschritten: Durchführen einer ersten Erfassung zur Ermittlung einer Position eines ersten Kettenbauteils und Erfassen eines ersten Messwertes, Durchführen einer zweiten Erfassung zur Ermittlung einer Position eines zweiten Kettenbauteils und Erfassen eines zweiten Messwertes und Ermitteln des Abstandes L zwischen dem ersten und dem zweiten Kettenbauteil, wobei die erste Erfassung und die zweite Erfassung zeitgleich durchgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette während des Betriebs mit den folgenden Verfahrensschritten: Durchführen einer ersten Erfassung zur Ermittlung einer Position eines ersten Kettenbauteils und Erfassen eines ersten Messwertes, Durchführen einer zweiten Erfassung zur Ermittlung einer Position eines zweiten Kettenbauteils und Erfassen eines zweiten Messwertes und Ermitteln des Abstandes L zwischen dem ersten und dem zweiten Kettenbauteil.
Stand der Technik
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, da 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.
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 erfordern für eine genaue Erfassung 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.
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 Messung betrachteten Kettensegmenten zugeordnet werden, sodass dies wiederum zum vollständigen Austausch der Kette führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette bereitzustellen, mit dem Fehlerzustände der überwachten Kette zuverlässig und schnell erkannt werden, die Längung eines jeden einzelnen Kettensegmentes ermittelt, die überwachte Kette keine Mindestgeschwindigkeit aufweisen muss sowie die Längung der Kette auch über einen längeren Zeitraum statistisch erfasst werden kann.
Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, eine Sensoreinrichtung bereitzustellen, mit der Fehlerzustände der überwachten Kette zuverlässig und schnell erkannt werden, die Längung eines jeden einzelnen Kettensegmentes ermittelt, die überwachte Kette keine Mindestgeschwindigkeit aufweisen muss sowie die Längung der Kette auch über einen längeren Zeitraum statistisch erfasst werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette weist drei Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt wird eine erste Erfassung zur Ermittlung der Position eines ersten Kettenbauteils durchgeführt und ein erster Messwert erfasst. Im zweiten Verfahrensschritt wird eine zweite Erfassung zur Ermittlung der Position eines zweiten Kettenbauteils durchgeführt und ein zweiter Messwert erfasst. Das Kettenbauteil ist üblicherweise eine Kettenhülse oder ein in der Kettenhülse geführter Kettenbolzen. Im dritten Verfahrensschritt wird ein Abstand zwischen erstem und zweitem Kettenbauteil aus der aus der ersten Erfassung ermittelten Position des ersten Kettenbauteils und der aus der zweiten Erfassung ermittelten Position des zweiten Kettenbauteils ermittelt. Aufgrund von Verschleißerscheinungen vergrößert sich mit der Betriebszeit der Kette der ermittelte Abstand der Kettenbauteile zueinander. Erfindungsgemäß werden erste Erfassung und zweite Erfassung zeitgleich durchgeführt. Ebenso wird die Ermittlung des Abstandes der Kettenbauteile zueinander zeitgleich ausgeführt. Außerdem erfolgen erste und zweite Erfassung sowie Ermittlung des Abstandes der Kettenbauteile zueinander vorteilhafterweise kontinuierlich. Daher können Fehlerzustände der überwachten Kette zuverlässig und schnell erkannt werden, die Längung der Kette kann auch über einen längeren Zeitraum statistisch erfasst werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird aus den erfassten ersten und zweiten Messwerten ein Längenwert der Kette ermittelt. Der Längenwert wird über die Teilung (Abstand zweier benachbarter Kettenglieder der Kette) ermittelt. Der Längenwert wird ebenso wie der Abstand der Kettenbauteile zueinander kontinuierlich ermittelt und erfolgt zeitgleich.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die erste Erfassung mit einem ersten Sensor und die zweite Erfassung mit einem zweiten Sensor durchgeführt. Die Sensoren sind insbesondere geeignet, die Position von Kettenbauteilen zu ermitteln, ohne dass die zu überwachende Kette eine Mindestgeschwindigkeit aufweisen muss.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weisen der erste Sensor und der zweite Sensor einen bekannten Abstand zueinander auf. Die Sensoren weisen zueinander einen definierten Abstand auf, der der Teilung oder einem ganzzahligen Vielfachen der Teilung der Kette entspricht. Der Abstand der beiden Sensoren zueinander ist ein Parameter zur Berechnung des Längenwertes der Kette. Der Längenwert wird ebenso wie der Abstand der Kettenbauteile zueinander kontinuierlich ermittelt und erfolgt zeitgleich.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind der erste und/oder der zweite Sensor geeignet, die Messwerte zur Ermittlung der Position eines Kettenbauteils über einen Weglängenbereich der Kette zu erfassen. Die Sensoren sind derart aufgebaut, dass die Position des Kettenbauteils über einen Längenbereich ermittelt wird. Die Kettenbauteile legen also eine Wegstrecke im Erfassungsbereich der Sensoren zurück, innerhalb der die Position der Kettenbauteile ermittelt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und/oder der zweite Sensor geeignet, die Messwerte zur Ermittlung der Position eines Kettenbauteils der Kette bei einer Kettengeschwindigkeit v mit v = 0m/s zu erfassen. Eine Mindestgeschwindigkeit der zu überwachenden Kette ist daher nicht notwendig, auch im Stillstand der Kette ist ihre Überwachung auf Verschleiß möglich.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die Positionen des ersten Kettenbauteils und/oder des zweiten Kettenbauteils mit Hilfe eines Differentialtransformators erfasst. Die Sensoren weisen jeweils eine Primärspule sowie je zwei symmetrisch angeordnete Sekundärspulen auf. An den Primärspulen liegt eine Wechselspannung mit konstanter Frequenz und Amplitude an. Die an den Primärspulen der beiden Sensoren anliegende Wechselspannung ist um 180° gegeneinander phasenverschoben. Über die Primärspule wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das in die darin befindlichen Sekundärspulen jeweils eine gegensätzlich gerichtete Spannung induziert. Die Sekundärspulen sind geometrisch so gestaltet, dass eine sich darüber befindliche Kettenhülse die Spannungen positionsabhängig sinus- und cosinusförmig moduliert. Hierbei sind Ucos und Usin Funktionen der Kettenhülsenposition über dem Differentialtransformator. Die Amplituden der Spannungen ändern sich bei gleicher Position auch über den Abstand des Objekts zur Spule. Die Sekundärspulen sind gegenphasig in Reihe geschaltet, dadurch subtrahieren sich die Spannungen an ihren Anschlüssen. Die resultierende Spannung ist genau dann Null, wenn die beiden Spulen der beiden Sensoren jeweils symmetrisch aufgebaut sind. Wird die Symmetrie gestört, so entstehen zwei Ausgangsspannungen, deren Phase in Bezug zueinander die Größe der Asymmetrie angibt.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die erfassten Kettenbauteile Standardkettenbauteile. Zusätzliche Anbauteile an der Kette sind zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht notwendig, es entstehen daher keine zusätzlichen Kosten.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die erfassten Kettenbauteile die Bolzen und/oder die Hülsen der Kette. Die Kettenbauteile sind üblicherweise Kettenhülsen oder in der Kettenhülse geführte Kettenbolzen. Zusätzliche Bauteile sind zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht notwendig.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung werden von den erfassten Kettenbauteilen alle baugleichen Kettenbauteile erfasst, die am Sensor vorbeigeführt werden. Die Erfassung der Kettenbauteile erfolgt kontinuierlich, indem die Positionen aller baugleichen Standardkettenbauteile ermittelt werden, wenn und sobald sie vom Sensor erfasst werden. Daher ist die Bestimmung der Längung insbesondere einzelner Kettensegmente möglich. Die Anzahl der Segmente ist abhängig von der Länge der zu überwachenden Kette. Im idealen Fall entspricht die Anzahl der Segmente der Anzahl der Kettenglieder der zu überwachenden Kette, somit wird jedes einzelne Kettenglied hinsichtlich seiner Längung überwacht.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die Position des ersten Kettenbauteils und die Position des zweiten Kettenbauteils zeitgleich ermittelt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert die Länge zwischen dem ersten Kettenbauteil und dem direkt zum ersten Kettenbauteil benachbarten gleichartigen/baugleichen Kettenbauteil ermittelt. Aufgrund der kontinuierlichen Bestimmung der Positionen von Kettenbauteilen ist die Bestimmung der Längung von Kettenabschnitten und -segmenten möglich. Die Kettensegmente können auch derart gestaltet sein, dass Abstände direkt benachbarter Kettenbauteile zueinander bestimmt werden können. Dadurch wird insbesondere im Wartungsfall das Austauschen einzelner Kettenglieder möglich, ein Austausch der gesamten Kette ist nicht notwendig.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden ausschließlich aus den vom ersten Sensor erfassten Messwerten die Position des ersten Kettenbauteils bestimmt und/oder ausschließlich aus den vom zweiten Sensor erfassten Messwerten die Position des zweiten Kettenbauteils bestimmt. Jeder der beiden Sensoren bestimmt also zeitgleich die Position von jeweils einem (insgesamt zwei) Kettenbauteilen. Aus der Position wird der Abstand der beiden Kettenbauteile zueinander bestimmt.
Die Aufgabe wird weiterhin durch die Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 14 gelöst.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zur Bestimmung von Längungen von Segmenten einer Kette weist einen ersten Sensor sowie einen zweiten Sensor auf. Der erste Sensor ist geeignet, ausschließlich aus den vom ersten Sensor erfassten Messwerten die Position eines ersten Kettenbauteils zu bestimmen. Der zweite Sensor ist geeignet, ausschließlich aus den vom zweiten Sensor erfassten Messwerten die Position eines zweiten Kettenbauteils zu bestimmen. Aus der Position wird der Abstand der beiden Kettenbauteile zueinander bestimmt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Sensoreinrichtung geeignet, die Messwerte zur Bestimmung der Position des ersten Kettenbauteils und der Position des zweiten Kettenbauteils zeitgleich zu erfassen. Ebenso wird die Ermittlung des Abstandes der Kettenbauteile zueinander zeitgleich ausgeführt. Außerdem erfolgen erste und zweite Erfassung sowie Ermittlung des Abstandes der Kettenbauteile zueinander vorteilhafterweise kontinuierlich. Daher können Fehlerzustände der überwachten Kette zuverlässig und schnell erkannt werden, die Längung der Kette kann auch über einen längeren Zeitraum statistisch erfasst werden.
In einer vorteilhaften Gestaltung der Erfindung sind der erste Sensor und/oder der zweite Sensor geeignet, die Messwerte zur Bestimmung der Position des ersten bzw. zweiten Kettenbauteils über einen Weglängenbereich der Kette zu erfassen. Die Sensoren sind derart aufgebaut, dass die Position des Kettenbauteils über einen Längenbereich ermittelt wird. Die Kettenbauteile legen also eine Wegstrecke im Erfassungsbereich der Sensoren zurück, innerhalb der die Position der Kettenbauteile ermittelt wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Weglängenbereich größergleich ½ Segmentlänge. Die Segmente bilden eine lückenlose Abdeckung zumindest derjenigen Teile der Kette, die der Kettensensorvorrichtung für die Erfassung der Position zugänglich sind. Die Länge oder Anzahl der Segmente ist abhängig von der Länge der zu überwachenden Kette. Wenn es in einem einzelnen Kettenglied oder nur sehr wenigen Kettengliedern zu einem kritischen Wert eines physikalischen Merkmals kommt, so kann dieses physikalische Merkmal infolge der Mittelung der Messwerte über einen größeren Bereich unentdeckt bleiben. Die Größe des Weglängenbereichs berücksichtigt dies.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Segmentlänge dem Abstand zwischen dem ersten Kettenbauteil und dem direkt benachbarten Kettenbauteil. Im idealen Fall entspricht die Anzahl der Segmente der Anzahl der Kettenglieder der zu überwachenden Kette, somit wird jedes einzelne Kettenglied hinsichtlich seiner physikalischen Merkmale überwacht.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette und der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1: Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung
2 a: Eine Darstellung des Funktionsprinzips eines Sensors bei der Detektion eines ferromagnetischen Körpers in Position 1
2 b: Eine Darstellung des Funktionsprinzips eines Sensors bei der Detektion eines ferromagnetischen Körpers in Position 2
2 c: Eine Darstellung des Funktionsprinzips eines Sensors bei der Detektion eines ferromagnetischen Körpers in Position 3
3 a: Eine Darstellung des Funktionsprinzips eines Sensors bei der Detektion eines elektrisch leitenden Körpers in Position 1
3 b: Eine Darstellung des Funktionsprinzips eines Sensors bei der Detektion eines elektrisch leitenden Körpers in Position 2
3 c: Eine Darstellung des Funktionsprinzips eines Sensors bei der Detektion eines elektrisch leitenden Körpers in Position 3
4: Draufsicht auf einen Sensor und Darstellung des Funktionsprinzips
5: Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung und prinzipielle Darstellung der Auswerteschaltung
6: Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der Längung von Ketten

1 zeigt die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 200 zur Bestimmung von Längungen von Segmenten einer Kette 100. Die zu überwachende Kette 100 ist in diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen als Rollenkette ausgebildet und weist alternierend innenliegende 110 und außenliegende Seitenteile 120 auf, die durch in Kettenhülsen 130 (4) geführte Kettengelenkbolzen 140 miteinander verbunden sind. Die Kettenbolzen 140 weisen im neuwertigen Zustand der Kette 100 zueinander einen Abstand p₀ auf.
Zur Ermittlung der Längung der Kette 100 während des Betriebs ist die Kettensensorvorrichtung 200 derart senkrecht zur Gelenkachse der zu überwachenden Kette 100 positioniert, dass im Neuzustand der Kette 100 der Abstand d der Sensoren 210, 220 zueinander einem ganzzahligen Vielfachen der Abstände p0 zweier benachbarter Kettenbolzen 140 der zu überwachenden Kette 100 entspricht. Die Sensoren 210, 220 selbst sind auf einer Grundplatte 250 angeordnet. Die Sensoren 210, 220 zusammen mit den elektrischen Anschlüssen sind zum Schutz gegen Verschmutzungen in einem Gehäuse (nicht dargestellt) angeordnet. Die Sensoren 210, 220 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Differentialtransformator, wie in 2 dargestellt, ausgeführt.
Die Länge L₀ der Kette 100 in neuwertigem Zustand zwischen den Sensoren 210, 220 beträgt ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes p0 von zwei benachbarten Kettenbolzen 140 (L₀ = n * p₀), in diesem Ausführungsbeispiel das Siebenfache des Abstandes p0. Ein über dem Sensor 210, 220 befindlicher Kettenbolzen 140 weist zum (in diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen der jeweils linke) Rand des Sensors 210, 220 einen Abstand a, b auf. Die Kettenlänge L₀ beträgt daher L₀ = d-(a₀+b₀) = d-2a₀ = d-2bo, weil die Abstände a, b im neuwertigen Zustand der Kette 100 gleich sind (a₀=b₀).
Aufgrund einer Längenänderung ΔL der Kette 100 sind die Abstände a, b unterschiedlich. Die Bestimmung der Längung ΔL der zu überwachenden Kette 100 erfolgt zunächst durch die Bestimmung der Positionen a und b. Dann gilt für die Längung ΔL der Kette 100: $Δ L / L_{0} = (L - L_{0}) / L_{0} = L / L_{0} - 1$
und $Δ L / L_{0} = (d - a + b) / (d - a_{0} + b_{0}) - 1 = (b - b_{0} + a - a_{0}) / (d + b_{0} - a_{0}) .$
Der Sensor A 210 generiert die Positionen über die Winkelfunktionen Asin und Acos, Sensor B 220 generiert die Positionen über die Winkelfunktionen Bsin und Bcos. Für die Abstände a, b der Kette 100 im Istzustand gilt dann: $a = a r c t a n (A s i n / A c o s), b = a r c t a n (B s i n / B c o s) .$
Die Längung ΔL der Kette 100 ergibt sich dann aus den Positionsdifferenzen, die durch beide Sensoren A, B 210, 220 berechnet werden: $Δ L / L_{0} = (a r c t a n (B s i n / B c o s) - a r c t a n (A s i n / A c o s)) / d .$
Zur Ermittlung der Längung der Kette 100 und deren Segmente wird mittels des ersten Sensors A 210 eine erste Erfassung zur Ermittlung der Position eines ersten Kettenbauteils durchgeführt, und ein erster Messwert erfasst. Zeitgleich wird mittels des zweiten Sensors B 220 eine zweite Erfassung eines zweiten Kettenbauteils durchgeführt und ein zweiter Messwert erfasst. Die beiden Kettenbauteile sind in diesem Ausführungsbeispiel die auf dem Kettenbolzen 140 befindlichen Kettenhülsen. Dann erfolgt eine Berechnung der relativen Abstandsänderung der beiden Kettenhülsen 130 gemäß ΔL/L₀ = (arctan(Bsin/Bcos) - arctan(Asin/Acos)) / d. Vorteilhafterweise erfolgen die erste und die zweite Erfassung kontinuierlich, ebenso werden die Messwerte kontinuierlich erfasst. Vorteilhafterweise erfolgen erste und zweite Erfassung auch bei stillstehender Kette 100, zum Betrieb der Kettensensorvorrichtung 200 ist also aufgrund der absoluten Positionsbestimmung keine Mindestgeschwindigkeit der Kette 100 nötig.
Das Funktionsprinzip der Sensoren A, B 210, 220 zeigen die 2 bei der Detektion eines ferromagnetisch Körpers 280 und 3 bei der Detektion eines elektrisch leitenden Körpers 290. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Prinzip anhand des Sensors A 210 dargestellt, für den zweiten Sensor B 220 gilt analoges.
Der Sensor 210 ist als Differentialtransformator ausgeführt und weist eine Primärspule 230 sowie je zwei symmetrisch angeordnete Sekundärspulen 240, 241 auf. An der Primärspule 230 liegt eine Wechselspannung mit konstanter Frequenz und Amplitude an. Über die Primärspule 230 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, das in die darin befindlichen Sekundärspulen 240 jeweils eine gegensätzlich gerichtete Spannung Ucos und Usin induziert. Die Amplituden der Spannungen ändern sich bei gleicher Position auch über den Abstand des Objekts zu den Sekundärspulen 240, 241. Die Sekundärspulen 240, 241 sind gegenphasig in Reihe geschaltet, dadurch subtrahieren sich die Spannungen an ihren Anschlüssen. Die resultierende Spannung ist genau dann Null, wenn die beiden Spulen des Sensors 210 jeweils symmetrisch aufgebaut sind. Wird die Symmetrie gestört, so entsteht eine Ausgangsspannung, deren Phase in Bezug zur Primärspannung die Richtung und deren Wert die Größe der Asymmetrie angibt. Erreicht wird dies dadurch, dass der arctan = K*Usin/K*Ucos gebildet wird. Da das die Symmetrie störende Objekt aber in erster Näherung immer gleich weit von den beiden Sekundärspulen entfernt ist, kürzt sich der Faktor K aus der Gleichung heraus und übrig bleibt das Verhältnis der induzierten Spannungen Usin/Ucos, das die Position des die Symmetrie störenden Objektes darstellt.
Die Symmetrie des Sensors 210 wird hier durch den Durchlauf eines Kettenbauteils 280, 290 gestört. Ein ferromagnetisches Kettenbauteil 280 (2) stört die magnetischen Feldlinien derart, dass sie enger zusammen liegen, das Magnetfeld am und um das Kettenbauteil 280 wird also verstärkt. Die durch das Kettenbauteil 280 erzeugte Asymmetrie ist dann am größten, wenn das Kettenbauteil 280 im Bereich des Sensors 210 an den Rändern des Sensors 210 angeordnet (2 a, 2 c) ist, m.a.W. aus dem bzw. in den Sensorbereich bewegt. Der Sensor 210 erzeugt dann eine auf der Anzeige 245 schematisch dargestellte maximale Ausgangsspannung U = +1 (2 a) bei Position des Kettenbauteils 280 am linken Rand des Sensors 210, eine Ausgangsspannung U = -1 bei Position des Kettenbauteils 280 am rechten Rand des Sensors 210 (2 c). Die Asymmetrie und die vom Sensor 210 erzeugte resultierende Ausgangsspannung beträgt U = 0 bei Position des Kettenbauteils 280 in der Mitte des Sensors 210 (2 b).
Ein elektrisch leitendes Kettenbauteil 290 (3) stört die magnetischen Feldlinien derart, dass sie weiter auseinander liegen, das Magnetfeld am und um das Kettenbauteil 280 wird also verringert. Die durch das Kettenbauteil 290 erzeugte Asymmetrie ist dann am größten, wenn das Kettenbauteil 280 im Bereich des Sensors 210 an den Rändern des Sensors 210 angeordnet (3 a, 3 c) ist, m.a.W. aus dem bzw. in den Sensorbereich bewegt. Der Sensor 210 erzeugt dann eine auf der Anzeige 245 schematisch dargestellte minimale Ausgangsspannung U = -1 (3 a) bei Position des Kettenbauteils 290 am linken Rand des Sensors 210, eine Ausgangsspannung U = +1 bei Position des Kettenbauteils 290 am rechten Rand des Sensors 210 (3 c). Die Asymmetrie und die vom Sensor 210 erzeugte resultierende Ausgangsspannung beträgt U = 0 bei Position des Kettenbauteils 290 in der Mitte des Sensors 210 (3 b).
4 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensor A 210 zur Erfassung der Position eines Kettengliedes. Die zu überwachende Kette 100 weist alternierend innenliegende und außenliegende Seitenteile auf, die durch in Kettenhülsen 130 geführte Kettengelenkbolzen 140 miteinander verbunden sind. Die Kettenbolzen 140 weisen zueinander den Abstand p auf. Der Sensor 210 weist die Primärspule 230 sowie zwei symmetrisch angeordnete Sekundärspulen 240, 241 auf. An der Primärspule 230 liegt eine Wechselspannung mit konstanter Frequenz und Amplitude an. Über die Primärspule 230 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, das in die darin befindlichen Sekundärspulen 240, 241 eine jeweils eine gegensätzlich gerichtete Spannung Ucos und Usin induziert. Die resultierende Spannung bei nicht vorhandenem Objekt ist Null, da die induzierten Spannungen in Form einer 8 liegen und sich die stromdurchflossenen Flächen jeweils aufheben.
5 zeigt eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 200 mit Auswerteschaltung 310, 320. Die Sensoren A, B 210, 220 sind ebenfalls derart positioniert, dass im Neuzustand der Kette 100 der Abstand d der Sensoren 210, 220 zueinander genau einem ganzzahligen Vielfachen der Abstände p0 zweier benachbarter Kettenbolzen 140 der zu überwachenden Kette 100 entspricht. Die Sensoren 210, 220 können wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen als induktiv arbeitende Differentialtransformatoren ausgeführt sein, mit denen die Position von Kettenbauteilen ermittelt wird. Die Sensoren 210, 220 können aber auch optische oder magnetische Positionssensoren oder eine Kombination der genannten Sensorenarten sein. Die Sensoren 210, 220 sind jeweils mit einer Auswerteschaltung 310, 320 verbunden.
Die Auswerteschaltungen 310, 320 liefern die erfassten Messwerte an einen A/D-Wandler 330, in dem die analogen Messwerte in digitale Werte gewandelt werden, um auf dem Mikrocontroller 340 gespeichert zu werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist an der Kette 100 ein Dauermagnet 260 angeordnet, dessen Position mittels eines Hall-Sensors 270 und der Auswertung 275 erfasst wird. Der mit dem Hall-Sensor 270 verbundene Mikrocontroller registriert die Position des Dauermagneten 260 und ermöglicht eine Identifizierung der einzelnen Kettenglieder über kontinuierliches Zählen.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zur Ermittlung der Längung von Ketten 100 zeigt 6. Das Verfahren 1 beginnt mit der ersten Erfassung 2 mittels eines ersten Sensors 210 zur Ermittlung der Position eines ersten Kettenbauteils und Erfassung eines ersten Messwertes. Zeitgleich wird ein zweiter Messwert erfasst, indem eine zweite Erfassung 3 mittels eines zweiten Sensors 220 zur Ermittlung der Position eines zweiten Kettenbauteils, das baugleich dem ersten Kettenbauteil ist, durchgeführt wird. Erster 210 und zweiter Sensor 220 weisen einen definierten Abstand d zueinander auf, der einem ganzzahligen Vielfachen der Teilung p0 der Kette 100 entspricht. Im dritten Verfahrensschritt 4 wird der Abstand der Kettenbauteile zueinander aus den erfassten Messwerten ermittelt. Aus dem Abstand der Kettenbauteile zueinander wird die Länge der Kette 100 im vierten Verfahrensschritt 5 ermittelt. Die verschleißbedingte Längung der Kette 100 wird ermittelt, indem die ermittelte Länge der Kette 100 zur Länge der Kette 100 im Neuzustand in Relation gezogen wird.
Bezugszeichenliste

1: Verfahren zur Ermittlung der Längung von Ketten
2: Durchführung einer ersten Erfassung
3: Durchführung einer zweiten Erfassung
4: Ermittlung des Abstandes zweier Kettenbauteile
5: Ermittlung der Längung der Kette
100: Kette
110: Ketteninnenglied
120: Kettenaußenglied
130: Kettenhülse
140: Kettenbolzen
200: Kettensensorvorrichtung
210: Sensor A
220: Sensor B
230: Primärspule
240, 241: Sekundärspule
245: Anzeige
250: Grundplatte
260: Dauermagnet
270: Hall-Sensor
275: Auswerteschaltung magnetischer Sensor
280: Ferromagnetischer Körper
290: Nicht-magnetischer Körper
310: 1. Auswerteschaltung
320: 2. Auswerteschaltung
330: A/D-Wandler
340: Mikrocontroller
ΔL: Längung der Kette
L: Länge der Kette zwischen Sensor A, Sensor B, Istzustand
L0: Länge der Kette zwischen Sensor A, Sensor B im Neuzustand
p0: Teilung (Abstand zweier benachbarter Kettenbolzen) im Neuzustand
p: Teilung (Abstand zweier benachbarter Kettenbolzen), Istzustand
d: Abstand Sensoren
a: Abstand Kettenbolzen-Rand Sensor A, Istzustand
b: Abstand Kettenbolzen-Rand Sensor B, Istzustand
a0: Abstand Kettenbolzen-Rand Sensor A, Neuzustand
b0: Abstand Kettenbolzen-Rand Sensor B, Neuzustand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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

Claims

Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (100) während des Betriebs, das folgende Verfahrensschritte aufweist: • Durchführen einer ersten Erfassung (2) zur Ermittlung einer Position eines ersten Kettenbauteils und Erfassen eines ersten Messwertes • Durchführen einer zweiten Erfassung (3) zur Ermittlung einer Position eines zweiten Kettenbauteils und Erfassen eines zweiten Messwertes • Ermitteln (4) des Abstandes L zwischen dem ersten und dem zweiten Kettenbauteil dadurch gekennzeichnet, dass die erste Erfassung (2) und die zweite Erfassung (3) zeitgleich durchgeführt werden.
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (100) während des Betriebs nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass aus den erfassten ersten und zweiten Messwerten ein Längenwert L der Kette (100) ermittelt wird.
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Erfassung (2) mit einem ersten Sensor (210) und die zweite Erfassung (3) mit einem zweiten Sensor (220) durchgeführt wird.
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (210) und der zweite Sensor (220) einen bekannten Abstand d haben, wobei der Abstand ein Parameter zur Berechnung der Längenwertes L der Kette (100) ist.
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste (210) und/oder der zweite Sensor (220) geeignet ist, die Messwerte zur Ermittlung der Position eines Kettenbauteils über einem Weglängenbereich der Kette (100) zu erfassen
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste (210) und/oder der zweite Sensor (220) geeignet sind, die Messwerte zur Ermittlung der Position eines Kettenbauteils der Kette (100) bei einer Kettengeschwindigkeit v mit v = 0m/s zu erfassen.
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen des ersten Kettenbauteils und/oder des zweiten Kettenbauteils mit Hilfe eines Differentialtransformators erfasst werden.
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Kettenbauteile Standardkettenbauteile sind.
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Kettenbauteile die Bolzen (140) und/oder die Hülsen (130) der Kette (100) sind.
Verfahren zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass von den erfassten Kettenbauteilen alle baugleichgleichen Kettenbauteile erfasst werden, die am Sensor (210, 220) vorbeigeführt werden.
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messwert und der zweite Messwert zeitgleich erfasst werden.
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert die Länge zwischen dem ersten Kettenbauteil und dem direkt zum ersten Kettenbauteil benachbarten gleichartigen Kettenbauteil ermittelt wird.
Verfahren (1) zur Ermittlung der Längung von Segmenten einer Kette (10) während des Betriebs nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich aus den vom ersten Sensor (210) erfassten Messwerten die Position des ersten Kettenbauteils bestimmt wird und/oder ausschließlich aus den vom zweiten Sensor (220) erfassten Messwerten die Position des zweiten Kettenbauteils bestimmt wird.
Sensoreinrichtung (200) zur Bestimmung von Längungen von Segmenten einer Kette (100) dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (200) einen ersten Sensor (210) und einen zweiten Sensor (220) umfasst, wobei der erste Sensor (210) geeignet ist, ausschließlich aus den vom ersten Sensor (210) erfassten Messwerten die Position eines ersten Kettenbauteils zu bestimmen und/oder der zweite Sensor (220) geeignet ist, ausschließlich aus den vom zweiten Sensor (220) erfassten Messwerten die Position eines zweiten Kettenbauteils zu bestimmen.
Sensoreinrichtung (200) zur Bestimmung von Längungen von Segmenten einer Kette (100) nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (200) geeignet ist, die Messwerte zur Bestimmung der Position des ersten Kettenbauteils und der Position des zweiten Kettenbauteils zeitgleich zu erfassen.
Sensoreinrichtung (200) zur Bestimmung von Längungen von Segmenten einer Kette (100) nach Anspruch 14 oder 15 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (210) und/oder der zweite Sensor (220) geeignet sind, die Messwerte zur Bestimmung der Position des ersten bzw. zweiten Kettenbauteils über einen Weglängenbereich der Kette (100) zu erfassen.
Sensoreinrichtung (200) zur Bestimmung von Längungen von Segmenten einer Kette (100) nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass der Weglängenbereich größergleich ½ Segmentlänge ist.
Sensoreinrichtung (200) zur Bestimmung von Längungen von Segmenten einer Kette (100) nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentlänge dem Abstand zwischen dem ersten Kettenbauteil und dem direkt benachbarten zweiten Kettenbauteil entspricht.