DE10339017A1

DE10339017A1 - Vorrichtung zur Überwachung eines Antriebs

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Publication number: DE10339017A1
Application number: DE10339017A
Authority: DE
Inventors: Olaf Krieg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: DE10339017B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für Antriebe (1) von Kraft- bzw. Arbeitsmaschinen, bei denen die Drehmomentübertragung indirekt, beispielsweise mittels Riemenzugsystemen, erfolgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem oder mehreren Sensoren (6) und einer Auswerteeinheit (7), wobei der oder die Sensoren (6) mittels Übertragungsmittel (10) zum gegenseitigen Datenaustausch miteinander verbunden sind. Die Sensoren (6) erfassen dabei in erster Näherung die auf die Lager (4) des Antriebs (1) einwirkenden Radialkräfte (F¶Q¶), die durch die indirekte Drehmomentübertragung entstehen. Die Vorrichtung ist permanent im zu überwachenden Antrieb (1) eingebaut. Die Vorrichtung ist somit für eine permanente Überwachung des Antriebs (1) geeignet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung eines Antriebs, insbesondere eines Antriebs für eine Kraft- bzw. Arbeitsmaschine.
Bei dem Antrieb, insbesondere dem Antrieb für eine Kraft- bzw. Arbeitsmaschine, handelt es sich um einen elektrischen Antrieb, bei dem die Drehmomentübertragung von dem Antrieb zu der Maschine indirekt erfolgt. Eine solche indirekte Drehmomentübertragung erfolgt beispielsweise mittels Verwendung von Riemenzugsystemen, Keetenzugsystemen, Zahnradsystemen, insbesondere Getrieben, Reibradsystemen, etc.
Zur störungsfreien indirekten Drehmomentübertragung eines elektrischen Antriebs zu einer Maschine ist das fehlerfreie Zusammenspiel aller beteiligten Teile nötig. So muss beispielsweise bei der Verwendung von Riemenzugsystemen die eingestellte Riemenspannung eines Riemens, der über die Riemenscheiben des Riemenzugsystems läuft, und dadurch für die Drehmomentübertragung zwischen dem Antrieb und der entsprechenden Kraft- bzw. Arbeitsmaschine sorgt, innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs liegen. Bei Überschreitung der Werte der Riemenspannung über den Toleranzbereich hinaus besteht die Gefahr, dass der Riemen reißt, bei Unterschreitung besteht die Gefahr, dass sich der Riemen von den Riemenscheiben löst. Darüber hinaus führen Riemenspannungen, die gegenüber den Katalogangaben bezüglich der Belastungen an der entsprechenden Kraft- bzw. Arbeitsmaschine höher als zulässig ausfallen, entweder zu Wellenbrüchen oder zu frühzeitigem Lagerausfall. In allen Fällen führen solche Situationen unter Umständen zum Ausfall des Systems Antrieb und Kraft- bzw. Arbeitsmaschine.
Zur Vermeidung solcher Situationen muss die vorliegende Riemenspannung immer im vorgegebenen Toleranzbereich bleiben. Dazu wird die Riemenspannung zunächst während der Montage und Inbetriebnahme der Anlage eingestellt und fixiert. Während des weiteren Betriebs der Anlage wird je nach Bedarf von Zeit zu Zeit die Riemenspannung des Riemenzugsystems in der Regel durch eine manuelle Prüfung mittels Dehnungsmessung überprüft. Dabei wird auf die Riemen eine definierte Tangentialkraft aufgebracht, welches zu einer Dehnung im Riemen führt, die mehr oder weniger genau Rückschlüsse auf die vorhandene Riemenspannung zulässt. Nachteilig, neben der geringen Genauigkeit zur Bestimmung der aktuell vorhandenen Riemenspannung, ist vor allem, dass zur erneuten Messung der Riemenspannung jeweils die Anlage stillgelegt werden muss, damit eine manuelle Prüfung zur Ermittlung der vorhandenen Riemenspannung erfolgen kann.

Aus der DE 101 18 887 C1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Walze von einer laufenden Warenbahn umschlungen wird. Dabei übt die Warenbahn in Abhängigkeit von ihrer Spannkraft und vom Umschlingungswinkel eine Kraft auf die Lager der Walze aus. Durch Messung dieser Lagerkräfte kann die Spannkraft der Warenbahn ermittelt werden. Dazu wird eine Kraftmessvorrichtung eingesetzt, die innerhalb der Walze befestigbar und axial auf die Walze aufschiebbar ist. Die Kraftmessvorrichtung muss bei entsprechenden Messungen in die Walze eingebaut und danach wieder entfernt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Überwachung eines Antriebs anzugeben, die an oder in dem zu überwachenden Antrieb permanent angebracht ist und zur permanenten Überwachung des Antriebs geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Überwachung eines Antriebs, welcher zumindest einen Motor, eine Welle und Lager, mit denen die Welle gelagert ist, aufweist, und eine Drehmomentübertragung zu einer Maschine indirekt erfolgt, wo bei Kräfte auf die Lager einwirken, dadurch gelöst, dass die Vorrichtung wenigstens einen Sensor zur direkten oder indirekten Erfassung der auf die Lager einwirkenden Radialkräfte bezüglich der Wellenachse und eine Auswerteeinheit zur Speicherung und/oder Auswertung und/oder Anzeige der erfassten Kräfte aufweist, wobei der Sensor und die Auswerteeinheit mittels Übertragungsmittel zum Datenaustausch miteinander verbunden sind.

Vorteil dieser Anordnung ist insbesondere, dass der Sensor permanent am oder im Antrieb angebracht ist und somit bei Bedarf jederzeit zur entsprechenden direkten oder indirekten Erfassung der auf die Lager einwirkenden Radialkräfte zur Verfügung steht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann deshalb ohne komplizierte Ein- und Ausbauvorgänge und insbesondere auch ohne Unterbrechung des laufenden Betriebs des Antriebs jederzeit eingesetzt werden, so dass jederzeit Messungen während des laufenden Betriebs des Antriebs durchgeführt werden können. Dadurch werden entsprechende Ausfallzeiten reduziert und Kosten eingespart. Des Weiteren können die gemessenen Werte vorteilhafterweise auch ausgewertet bzw. gespeichert bzw. angezeigt werden, so dass einerseits sich die Genauigkeit der gemessenen Werte erhöht und andererseits durch die Dokumentation derselben eine nachträgliche Auswertung über einen längeren Zeitraum erfolgen kann, wodurch insbesondere genauere Rückschlüsse auf die Lebensdauer der verwendeten Komponenten gezogen werden können und ein Ausfall der Anlage und entsprechende Kosten durch rechtzeitige Wartung bzw. Ersatz vermieden werden können. Als Übertragungsmittel sind alle bekannten Arten von kabelgebundenen und kabellosen Übertragungsmitteln zur Datenübertragung, wie beispielsweise durch elektrische Verbindungskabel, optoelektronisch, per Funk, etc. denkbar und möglich.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor in der Nähe der Lager der Welle angeordnet. Je nach Art des verwendeten Sensors zur direkten oder indirekten Er fassung der auf die Lager einwirkenden Radialkräfte, kann somit der Ort in der Nähe der Lager vorgesehen werden, der für die Erfassung der entsprechenden Größe am geeignetsten ist. So ist beispielsweise ein Sensor zur direkten Erfassung der auf die Lager einwirkenden Radial- bzw. Querkräfte am geeignetsten in unmittelbarer Nähe der Lager selbst untergebracht. Andere Sensoren, beispielsweise aus dem Bereich der Schwingungsmessung, der Ultraschallmessung, der Mikrowellenmessung, aber auch Näherungsschalter bzw. sonstige elektromagnetischen Schalter, etc. können entsprechend an der jeweils geeignetsten Stelle am, um bzw. in der Nähe der Lager herum angeordnet werden. Durch die sehr geringe Größe der Sensoren ist dies ohne bauliche Veränderung des Antriebs problemlos möglich.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteeinheit im oder in der Nähe eines Klemmenkastens des Antriebs angeordnet. Die durch die jeweils vorhandenen Sensoren direkt oder indirekt erfassten, auf die Lager einwirkenden Radialkräfte, beispielsweise eines Riemenzugsystems mittels Radialkraftmessung an mindestens einer Lagerstelle, vorzugsweise auf der Abtriebsseite der Kraftmaschine oder Arbeitsmaschine, werden von dem oder den eingesetzten Sensoren mittels Übertragungsmittel, beispielsweise Kabel, an die Auswerteeinheit übermittelt. Als Übertragungsmittel sind bei Bedarf selbstverständlich alle bekannten Arten von kabelgebundenen und kabellosen Übertragungsmitteln zur Datenübertragung, wie beispielsweise durch elektrische Verbindungskabel, optoelektronisch, per Funk, etc. denkbar und möglich. Dass die Auswerteeinheit mit der zugehörigen Anzeigemöglichkeit im oder in der Nähe des Ortes des Klemmenkastens des Antriebs angeordnet ist, ist besonders vorteilhaft, da die entsprechenden angezeigten Werte dort sehr leicht sichtbar sind und der Ort auch entsprechend leicht zugänglich ist. Die Auswerteeinheit enthält vorteilhafterweise je nach Art des eingesetzten Sensors entsprechende Mittel, beispielsweise Software, um die von den Sensoren erfassten Messwerte entsprechend auf gewünschte Einheiten umzurechnen bzw. umzuwandeln und sie entsprechend anzuzeigen. Vorteilhafterweise können diese auch mittels eines Speichers in der Auswerteeinheit abgelegt und gespeichert und bei Bedarf ausgelesen werden. Dazu besitzt die Auswerteeinheit neben zumindest einem Speicher eine entsprechende serielle und/oder parallele Schnittstelle.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor zur permanenten Erfassung der auf die Lager einwirkenden Kräfte vorgesehen. Dies ist besonders vorteilhaft, da während des normalen Betriebs der Anlage, bei der der Antrieb eingesetzt wird, ohne Zeitverzögerung das jeweils eingesetzte Drehmomentübertragungssystem, beispielsweise ein Riemenzugsystem, permanent während des laufenden Betriebes überwacht wird. Die gemessenen, auf die Lager einwirkenden Kräfte sind dabei beispielsweise ein Maß für die Vorspannung des Riementriebes. Änderungen beispielsweise in der Riemenspannung können dadurch entsprechend schnell erfasst werden. So ist beispielsweise ein Abfall der Riemenspannung unter bestimmte Grenzwerte nahezu simultan zur Entstehung überwachbar. Negative Folgen, wie beispielsweise ein Totalausfall des Systems können dadurch weitgehend vermieden werden.

Die Kombination aus Elementen der Sensorik, der Elektronik, der Software und der Mechanik zu dem erfindungsgemässen, dezentralen, mechatronischen System, kann natürlich nicht nur zur Maschinenüberwachung im Fall der Verwendung von indirekten Drehmomentübertragungssystemen, beispielsweise Riemenzugsystemen, sondern auch zur Überwachung anderer Maschinenelemente, welche auf Wellen eine Querkraftlast aufbringen, eingesetzt werden.

Neben einer permanenten Überwachung kann ein solches System selbstverständlich auch insbesondere zur Einzel- bzw. Einmalüberwachung beispielsweise während der Montage bzw. während der Inbetriebnahme der zu überwachenden Anlage selbst eingesetzt werden. So wird beispielsweise beim Einsatz eines Rie menzugsystems vom Inbetriebsetzungspersonal beim Spannen der Riemen über die elektronische Anzeige der Auswerteeinheit, die durch den Riemen aufgebrachte Zugkraft, welche wiederum auf die Lager als Querkraft einwirkt, direkt angezeigt. Der Montageaufwand bei der Installation und der Erstinbetriebnahme wird dadurch erheblich reduziert. Zudem kann die für den jeweiligen Anwendungsfall benötigte Größe, beispielsweise bei einem Riemenzugsystem die richtige Riemenvorspannung, schnell, problemlos und ohne Zusatzaufwand überprüft und festgelegt werden, und in dieser Form beispielsweise als Ist-Messwert in entsprechende Abnahmeprotokolle einfließen und/oder im Speicher der Auswerteeinheit abgelegt werden und dadurch elektronisch abrufbar und auswertbar gemacht werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteeinheit zur Eingabe und zum Abspeichern von einstellbaren, vorgebbaren Grenzwerten für die zu erfassenden, auf die Lager einwirkenden Kräfte und zum Vergleich mit den vom Sensor erfassten Werten der einwirkenden Kräfte vorgesehen. Die Eingabe kann dabei beispielsweise über eine, in die Auswerteeinheit integrierte Tastatur oder über eine serielle bzw. parallele Schnittstelle von extern erfolgen. Das Abspeichern erfolgt mittels des in die Auswerteeinheit integrierten Speichers. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass bei Unter- oder Überschreiten von zuvor definierten Grenzwerten und/oder Toleranzbereichen, welche abhängig vom verwendeten Drehmomentübertragungssystem individuell vorgebbar sind, beispielsweise bei einem Riemenzugsystem abhängig von der Auslegung des Riementriebes sind, je nach Bedarf und je nach verwendetem Drehmomentübertragungssystem verschiedene Grenzwerte in die Auswerteeinheit eingebracht bzw. eingegeben und abgespeichert werden können, so dass sie in der jeweiligen Situation zur Verfügung stehen. Außerdem können sie durch eine solche Auswerteeinheit bei Änderung des Systems entsprechend leicht und schnell angepasst werden. Mittels der Auswertefunktionalität, die beispielsweise in Form von Softwareprogrammen in der Auswerteeinheit hinterlegt ist, können die Werte, die die Sensoren bei den Messungen liefern, mit den vorgegebenen Grenzwerten bzw. auch miteinander verglichen werden, wodurch sehr einfach gewährleistet werden kann, ob ein aktueller Messwert noch innerhalb eines Toleranzbereichs zwischen oberem und unterem Grenzwert liegt, oder ob sich der Wert der zu messenden Größe im Lauf der Messung ändert.

Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung beim Unterschreiten und/oder Überschreiten der einstellbaren, vorgebbaren Grenzwerte für die zu erfassenden, auf die Lager einwirkenden Kräfte zum Ausgeben einer entsprechenden Warnung und/oder zum Abschalten des Antriebs vorgesehen. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass bei Unterschreiten bzw. Überschreiten eines zuvor definierten Grenzwertes und dessen Eingabe in die Auswerteeinheit eine entsprechende Warnung ausgegeben wird. Dies kann in Form eines akustischen Signals, beispielsweise durch das Auslösen einer Sirene, etc. erfolgen. Andere Formen sind selbstverständlich ebenso denkbar und möglich. Eine solcher Warnhinweis kann als Anlass zu einer anstehenden Wartung verwendet werden. Wartungskosten werden dabei in erheblichem Maß gesenkt, da nur situationsbezogen reagiert werden muss, und weder auf Verdacht, noch im Rahmen von festen Wartungsintervallen bzw. Routineprüfungen die entsprechenden Übertragungssysteme, beispielsweise Riemenzugsysteme, überprüft werden müssen. Darüber hinaus kann vorgesehen werden, dass die Vorrichtung, falls ein Grenzwert innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls unter- bzw. überschritten wird, den Antrieb sofort abschaltet, da dies ein Hinweis auf eine schwerwiegende Fehlersituation darstellt. Dadurch wird die Gefahr von Schäden am menschlichen Bedienungspersonal und auch von Folgekosten durch Schäden an der Anlage selbst erheblich reduziert. Gefahrenpotentiale wie z.B. Personen- und Sachanlagenschutz werden dadurch deutlich entschärft. Darüber hinaus kann von der Auswerteeinheit neben der permanenten Überwachung der verwendeten Drehmomentübertragungssysteme anhand von zusätzlichen zugrunde liegenden spezifischen Kenndaten der jeweiligen Maschinen, wie beispielsweise Abstände von Kraftangriffspunkten, Lagerdaten, Drehzahlen, etc. eine quantitative Auswertung bezüglich der Restlebensdauer der Lagerung unter Berücksichtigung gängiger Auslegungskriterien durchgeführt und diese bei Bedarf ausgegeben werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteeinheit im Fehlerfall zur Speicherung und/oder Ausgabe von Daten, die zur Beurteilung des Fehlerfalls notwendig sind, vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist, dass die in der Auswerteeinheit installierte Elektronik mittels entsprechender Software im Fehlerfall, beispielsweise beim erzwungenen Abschalten der Anlage, neben den erfassten Werten der zu überwachenden Größe, beispielsweise der Riemenspannung bei Riemenzugsystemen, weitere, zur besseren Beurteilung der eingetretenen Fehlersituation erforderliche Daten, beispielsweise Standort des Antriebs, bisherige Laufzeit der Maschine, Ersatzteilinformationen von verwendeten Riemen und Riemenscheiben, sonstige Informationen der Kraft- und Arbeitsmaschine, etc., speichern und ausgeben kann. Eine Analyse der eingetretenen Fehlersituation wird dadurch besser und objektiver. Dadurch kann das Auftreten gleicher oder ähnlicher Fehlersituationen in der Zukunft wesentlich effektiver vermieden werden.

Eine solche erfindungsgemäße Kombination aus Elementen der Sensorik, Elektronik, Software und Mechanik zu einem dezentralen mechatronischen System ist an allen Antrieben, die über eine Lagerung, vorzugsweise Wälzlagerung, verfügen, einsetzbar, sofern es sich bei dem verwendeten Drehmomentübertragungssystem um ein indirektes Übertragungssystem handelt, also beispielsweise Riemenzugsysteme, Kettenzugsysteme, Zahnradsysteme, insbesondere Getriebe, Treibradsysteme, etc. Damit ist ein Einsatz insbesondere bei elektrischen Maschinen, Pumpen, Kompressoren, Verdichter, Rührwerken, sonstigen mit Wellen versehene Kraft- oder Arbeitsmaschinen, etc. möglich. Maschinen, die mit einem Antrieb mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet sind, sind beispielsweise für einen Einsatz im Automatisierungsbereich, insbesondere in Automatisierungsanlagen, geeignet.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Antrieb mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung des Antriebs
1 zeigt einen Antrieb 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung des Antriebs 1. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die entsprechenden Teile jeweils nur einmal bezeichnet. 1 zeigt beispielsweise den prinzipiellen Aufbau des Antriebs 1, bestehend aus dem Gehäuse 20 und dem darin untergebrachten Motor, bestehend aus dem Stator 17, den daran befestigten Wickelköpfen 18 sowie dem Rotor mit Kurzschlusswicklung 16. Der Rotor mit Kurzschlusswicklung 16 ist mit der Welle 3 verbunden, wobei die Welle 3 beidseitig aus dem Gehäuse 20 des Antriebs 1 herausragt. Auf der Abtriebsseite der Welle 3 befindet sich beispielhaft ein Lüftergehäuse 19 sowie im Inneren des Lüftergehäuses 19, auf der Welle 3 befestigt, ein Lüfter 5. Der Lüfter 5 mit dem Lüftergehäuse 19 ist dabei optional vorgesehen. Der in der 1 gezeigte Lüfter 5 auf der Abtriebsseite der Welle 3 des Antriebs 1 ist beispielhaft so ausgeführt, dass er zur Oberflächenkühlung eingesetzt werden kann. Die durch den Lüfter 5 transportierte Luft wird beispielhaft entlang der Oberfläche des Gehäuses 20 des Antriebs geführt und kühlt so die Kühlrippen 15, die am Gehäuse 20 angebracht und um das Gehäuse 20 angeordnet sind. Selbstverständlich ist es ebenso möglich und denkbar, dass das Gehäuse 20 entsprechende Öffnungen auf der dem Lüfter 5 zugewandten Seite aufweist, durch die die transportierte Luft in das Innere des Gehäuses 20 des Antriebs 1 gelangen kann und so den Motor direkt kühlt. Mischformen oder andere Kühlmöglichkeiten sind selbstverständlich ebenso mög lich. Des Weiteren ist ein Klemmenkasten 9 gezeigt, der an der Oberfläche des Gehäuses 20 des Antriebs 1 angebracht ist.
Die Welle 3 ragt beispielhaft beidseitig aus dem Gehäuse 20 des Antriebs 1 heraus. Sowohl das abtriebsseitig herausragende als auch das antriebsseitig herausragende Ende der Welle 3 weist jeweils eine Aussparung 11 auf, deren Ausdehnung entlang der Wellenachse 8 der Welle 3 durch die Länge des jeweils herausragenden Teils der Welle 3 bestimmt sind. Die Aussparungen 11 dienen bei der Verwendung von indirekten Drehmomentübertragungssystemen zur Anbringung von drehmomentschlüssige Passfederverbindungen, beispielsweise durch entsprechend geformte aufschiebbare Hülsen, auf die sich beispielsweise Riemenräder eines Riemenzugsystems befinden. Bei der Verwendung anderer indirekter Drehmomentübertragungssysteme werden die entsprechend verwendeten Komponenten analog auf die Welle 3 aufgebracht.
In der 1 sind weiterhin beispielhaft zwei Sensoren 6 gezeigt, sowie eine Auswerteeinheit 7, wobei der Übersichtlichkeit halber nur ein Übertragungsmittel 10 zwischen einem der Sensoren 6 und der Auswerteeinheit 7 durch eine gestrichelte Verbindung angedeutet ist. Das Übertragungsmittel 10 zwischen dem Sensor 6 und der Anzeigeeinheit 7 ist zur Datenübertragung, beispielsweise zum gegenseitigen Datenaustausch, vorgesehen. Als Übertragungsmittel 10 sind alle bekannten Arten von kabelgebundenen und kabellosen Übertragungsmitteln zur Datenübertragung, wie beispielsweise durch elektrische Verbindungskabel, optoelektronisch, per Funk, etc. denkbar und möglich. Die Anzahl der Sensoren 6 ist nicht auf die Zahl zwei beschränkt, sondern je nach Bedarf genügt ein Sensor 6 oder es können mehr als zwei Sensoren 6 eingesetzt werden.
Die Auswerteeinheit 7 weist eine Anzeige 21 auf und ist vorteilhafterweise an, im oder in der Nähe des Klemmenkastens 9 angebracht, da diese Stelle zur Eingabe bzw. zum Ablesen oder Ausgeben von Daten leicht zugänglich ist. Prinzipiell sind aber auch andere Orte zur Anbringung der Auswerteeinheit 7 am Antrieb 1 möglich. Die Auswerteeinheit enthält vorteilhafterweise je nach Art des bzw. der eingesetzten Sensoren 6 entsprechende Mittel, beispielsweise Software, um die von den Sensoren 6 erfassten Messwerte entsprechend auf gewünschte Einheiten umzurechnen bzw. umzuwandeln und sie entsprechend anzuzeigen. Vorteilhafterweise können diese auch mittels eines Speichers in der Auswerteeinheit 7 abgelegt und gespeichert und bei Bedarf ausgelesen werden. Dazu besitzt die Auswerteeinheit 7 neben wenigstens einem Speicher, der der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist, eine entsprechende serielle und/oder parallele Schnittstelle, die der Übersichtlichkeit wegen ebenfalls nicht dargestellt sind.
Die Sensoren 6 sind in der 1 beispielhaft in unmittelbarer Nähe der Lager 4 angebracht gezeigt. Die jeweils vorhandenen Sensoren 6 erfassen beispielsweise permanent oder je nach Bedarf direkt oder indirekt die auf die Lager 6 einwirkenden Radialkräfte F_Q, beispielsweise eines Riemenzugsystems, mittels Radialkraftmessung an mindestens einer Lagerstelle, vorzugsweise auf der Abtriebsseite des Antriebs 1. Die gemessenen Werte, beispielsweise die an den Lagern 4 einwirkenden Querkräfte F_Q, werden von dem oder den eingesetzten Sensoren 6 mittels der Übertragungsmittel 10, beispielsweise Kabel, an die Auswerteeinheit 7 übermittelt. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Sensoren 6 an anderen Orten innerhalb des Antriebs 1 anzuordnen, bevorzugterweise sind die Bereiche 12, 13 bzw. 14 zur Unterbringung der Sensoren 6 vorgesehen. Dabei hängt der tatsächlich vorzusehende Ort für den bzw. die Sensoren 6 insbesondere davon ab, welche, insbesondere physikalische, Größen durch die Sensoren 6 gemessen werden sollen. So ist beispielsweise bei der direkten Kraftmessung der Querkräfte F_Q, die auf die Lager 4 einwirken, eine Lokalisierung der Sensoren 6 in unmittelbarer Nähe der Lager 4 von Vorteil. Bei Sensoren 6, die keine direkte Kraftmessung vornehmen, sondern andere physikalische Prinzipien zur indirekten Kraftmessung verwenden, beispielweise Messun gen über die Durchbiegung der Welle 3 oder anderer Maschinenelemente, um dadurch auf die Kraftverhältnisse an den Lagern 3 oder anderen Stellen des Systems Rückschlüsse zuzulassen, sind beispielsweise auch Sensoren aus dem Bereich der Schwingungsmessung, der Ultraschallmessung, der Mikrowellenmessung, aber auch Näherungsschalter bzw. sonstige elektromagnetischen Schalter möglich und können je nach Bedarf und Zweck an den geeignetsten Stellen vorteilhafterweise in den Bereichen 12, 13, 14 am, um oder in der Nähe der Lager 4 angebracht und eingesetzt werden. Durch die sehr geringe Größe der Sensoren 6 ist dies ohne bauliche Veränderung des Antriebs 1 problemlos möglich. Die entsprechenden Meßwerte werden von der Auswerteeinheit 7, beispielsweise durch geeignete Software, in Krafteinheiten umgerechnet, bevor sie angezeigt werden.
Vorteil dieser Anordnung ist insbesondere, dass die Sensoren 6 permanent am oder im Antrieb 1 angebracht sind und somit bei Bedarf jederzeit zu entsprechenden direkten oder indirekten Messungen der auf die Lager 4 einwirkenden Radialkräfte F_Q zur Verfügung stehen. Messungen können jederzeit während des laufenden Betriebs des Antriebs 1 ohne komplizierte Ein- und Ausbauvorgänge und insbesondere auch ohne Unterbrechung des laufenden Betriebs des Antriebs 1 durchgeführt werden. Dadurch werden entsprechende Ausfallzeiten reduziert und Kosten eingespart. Des Weiteren können die gemessenen Werte vorteilhafterweise durch die Auswerteeinheit 7 ausgewertet und/oder gespeichert und/oder mittels der Anzeige 21 angezeigt werden, so dass einerseits sich die Genauigkeit der gemessenen Werte erhöht und andererseits durch Speicherung eine Dokumentation der gemessenen Werte sowie eine nachträgliche Auswertung über einen längeren Zeitraum erfolgen kann, wodurch insbesondere genauere Rückschlüsse auf die Lebensdauer der verwendeten Komponenten, beispielsweise Riemen des Riemenzugsystems, gezogen werden können und ein Ausfall der Anlage und entsprechende Kosten durch rechtzeitige Wartung bzw. Ersatz vermieden werden können.
Dies ist besonders vorteilhaft, da während des normalen Betriebs der Anlage, bei der der Antrieb 1 eingesetzt wird, ohne Zeitverzögerung das jeweils eingesetzte Drehmomentübertragungssystem, beispielsweise ein Riemenzugsystem, permanent während des laufenden Betriebes überwacht werden kann. Die gemessenen, auf die Lager 4 einwirkenden Kräfte F_Q sind dabei beispielsweise ein Maß für die Vorspannung des Riementriebes. Änderungen, beispielsweise in der Riemenspannung, können dadurch entsprechend schnell erfasst werden. So ist beispielsweise ein Abfall der Riemenspannung unter bestimmte Grenzwerte nahezu simultan zur Entstehung überwachbar. Negative Folgen, wie beispielsweise ein Totalausfall des Systems können dadurch weitgehend vermieden werden.
Die Kombination aus Elementen der Sensorik, der Elektronik, der Software und der Mechanik zu dem erfindungsgemäßen, dezentralen, mechatronischen System, kann natürlich nicht nur zur Maschinenüberwachung im Fall der Verwendung von indirekten Drehmomentübertragungssystemen, beispielsweise Riemenzugsystemen, sondern auch zur Überwachung anderer Maschinenelemente, welche auf Wellen eine Querkraftlast aufbringen, eingesetzt werden.
Neben einer permanenten Überwachung kann ein solches System selbstverständlich auch insbesondere zur Einzel- bzw. Einmalüberwachung, beispielsweise während der Montage bzw. während der Inbetriebnahme der zu überwachenden Anlage selbst eingesetzt werden. So wird beispielsweise beim Einsatz eines Riemenzugsystems vom Inbetriebsetzungspersonal beim Spannen der Riemen über die elektronische Anzeige 21 der Auswerteeinheit 7, die durch den Riemen aufgebrachte Zugkraft, welche wiederum auf die Lager 4 als Querkraft F_Q einwirkt, direkt angezeigt. Der Montageaufwand bei der Installation und der Erstinbetriebnahme wird dadurch erheblich reduziert. Zudem kann die für den jeweiligen Anwendungsfall benötigte Größe, beispielsweise bei einem Riemenzugsystem die richtige Riemenvorspannung, schnell, problemlos und ohne Zusatzaufwand über prüft und festgelegt werden, und in dieser Form beispielsweise als Ist-Messwert in entsprechende Abnahmeprotokolle einfließen und/oder im Speicher der Auswerteeinheit 7 abgelegt werden und dadurch elektronisch abrufbar und auswertbar gemacht werden.
Die Eingabe kann dabei beispielsweise über eine, in die Auswerteeinheit 7 integrierte Tastatur oder über eine serielle bzw. parallele Schnittstelle von extern erfolgen. Auf die Darstellung wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Das Abspeichern erfolgt mittels des in die Auswerteeinheit 7 integrierten Speichers. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass bei Unter- oder Überschreiten von zuvor definierten Grenzwerten und/oder Toleranzbereichen, welche abhängig vom verwendeten Drehmomentübertragungssystem individuell vorgebbar sind je nach Bedarf und je nach verwendetem Drehmomentübertragungssystem verschiedene Grenzwerte in die Auswerteeinheit 7 eingegeben und dort abgespeichert werden können, so dass sie jederzeit zur Verfügung stehen. So sind diese Werte beispielsweise bei einem Riemenzugsystem abhängig von der Auslegung des verwendeten Riementriebes. Außerdem können sie durch erneute Eingabe und/oder Überschreiben der bisher gespeicherte Werte in der Auswerteeinheit 7 bei Änderung des Systems entsprechend leicht und schnell angepasst werden. Mittels einer Auswertefunktionalität, die beispielsweise in Form von Softwareprogrammen in der Auswerteeinheit 7 hinterlegt ist, können die Werte, die die Sensoren bei den Messungen liefern, mit den vorgegebenen Grenzwerten und/oder miteinander verglichen werden, wodurch sehr einfach gewährleistet werden kann, ob ein aktueller Messwert noch innerhalb eines Toleranzbereichs zwischen oberem und unterem Grenzwert liegt, oder ob sich der Wert der zu messenden Größe im Lauf der Messung ändert.
Dabei ist besonders vorteilhaft, dass bei Unterschreiten bzw. Überschreiten eines zuvor definierten und in die Auswerteeinheit 7 eingegebenen und abgespeicherten Grenzwertes eine ent sprechende Warnung ausgegeben wird. Dies kann in Form eines akustischen Signals, beispielsweise durch das Auslösen einer Sirene, etc. erfolgen. Die Verwendung anderer Warnungsmechanismen ist selbstverständlich ebenso denkbar und möglich. Ein solcher Warnhinweis kann als Anlass zu einer anstehenden Wartung verwendet werden. Wartungskosten werden dabei in erheblichem Maß gesenkt, da nur situationsbezogen reagiert werden muss, und weder auf Verdacht, noch im Rahmen von festen Wartungsintervallen bzw. Routineprüfungen die entsprechenden Übertragungssysteme, beispielsweise Riemenzugsysteme, überprüft werden müssen. Darüber hinaus kann vorgesehen werden, dass die Vorrichtung, falls ein Grenzwert innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls unter- bzw. überschritten wird, den Antrieb 1 sofort abschaltet, da dies ein Hinweis auf eine schwerwiegende Fehlersituation darstellt. Die Gefahr von Schäden am menschlichen Bedienungspersonal und auch von Folgekosten durch Schäden an der Anlage selbst wird dadurch erheblich reduziert. Gefahrenpotentiale wie z.B. Personen- und Sachanlagenschutz werden deutlich entschärft. Darüber hinaus kann von der Auswerteeinheit 7 neben der permanenten Überwachung des verwendeten Drehmomentübertragungssystems anhand von zusätzlichen, zugrunde liegenden spezifischen Kenndaten der jeweiligen Maschinen, wie beispielsweise Abstände von Kraftangriffspunkten, Lagerdaten, Drehzahlen, etc. eine quantitative Auswertung bezüglich der Restlebensdauer der Lagerung unter Berücksichtigung gängiger Auslegungskriterien durchgeführt und diese bei Bedarf ausgegeben werden.
Besonders vorteilhaft ist, dass die in der Auswerteeinheit 7 installierte Elektronik mittels entsprechender Software im Fehlerfall, beispielsweise beim erzwungenen Abschalten der Anlage, neben den erfassten Werten der zu überwachenden Größe, beispielsweise der Riemenspannung bei Riemenzugsystemen, weitere, zur besseren Beurteilung der eingetretenen Fehlersituation erforderliche Daten, beispielsweise Standort des Antriebs 1, bisherige Laufzeit der Maschine, Ersatzteilinformationen von verwendeten Riemen und Riemenscheiben, sonstige Informationen der Kraft- und Arbeitsmaschine, etc., speichern und ausgeben kann. Eine Analyse der eingetretenen Fehlersituation wird dadurch besser und objektiver. Das Auftreten gleicher oder ähnlicher Fehlersituationen in der Zukunft kann dadurch wesentlich effektiver vermieden werden.
Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung eine Überwachungsvorrichtung für Antriebe 1 von Kraft- bzw. Arbeitsmaschinen bei denen die Drehmomentübertragung indirekt, beispielsweise mittels Riemenzugsystemen, erfolgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem oder mehreren Sensoren 6 und einer Auswerteeinheit 7, wobei der oder die Sensoren 6 mittels Übertragungsmittel 10 zum gegenseitigen Datenaustausch miteinander verbunden sind. Die Sensoren 6 erfassen dabei in erster Näherung die auf die Lager 4 des Antriebs 1 einwirkenden Radialkräfte F_Q, die durch die indirekte Drehmomentübertragung entstehen. Die Vorrichtung ist permanent im zu überwachenden Antrieb 1 eingebaut. Die Vorrichtung ist somit für eine permanente Überwachung des Antriebs 1 geeignet.

Claims

Vorrichtung zur Überwachung eines Antriebs (1), welcher zumindest einen Motor (2), eine Welle (3) und Lager (4) mit denen die Welle (3) gelagert ist, aufweist, und eine Drehmomentübertragung zu einer Maschine indirekt erfolgt, wobei Kräfte auf die Lager (4) einwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Sensor (6) zur direkten oder indirekten Erfassung der auf die Lager (4) einwirkenden Radialkräfte (F_Q) bezüglich der Wellenachse (8) und eine Auswerteeinheit (7) zur Speicherung und/oder Auswertung und/oder Anzeige der erfassten Werte aufweist, wobei der Sensor (6) und die Auswerteeinheit (7) mittels Übertragungsmittel (21) zum Datenaustausch miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) in der Nähe der Lager (4) der Welle (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) im oder in der Nähe eines Klemmenkastens (9) des Antriebs (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) zur permanenten Erfassung der auf die Lager (4) einwirkenden Kräfte (F_Q) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) zur Eingabe und zum Abspeichern von einstellbaren, vorgebbaren Grenzwerten für die zu erfassenden, auf die Lager (4) einwirkenden Kräfte (F_Q) und zum Vergleich mit den vom Sensor (6) erfassten Werten der einwirkenden Kräfte (F_Q) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung beim Unterschreiten und/oder Überschreiten der einstellbaren, vorgebbaren Grenzwerte für die zu erfassenden, auf die Lager (4) einwirkenden Kräfte (F_Q) zum Ausgeben einer entsprechenden Warnung und/oder zum Abschalten des Antriebs (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) im Fehlerfall zur Speicherung und/oder Ausgabe von Daten, die zur Beurteilung des Fehlerfalls notwendig sind, vorgesehen ist.
Maschine mit einem Antrieb (1), bei der die Drehmomentübertragung vom Antrieb (1) zur Maschine indirekt erfolgt, wobei der Antrieb eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält.
Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Justierung bei der Kraftübertragung zwischen dem Antrieb (1) und der Maschine zumindest bei der Inbetriebnahme der Maschine verwendet wird.