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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung eines Antriebs,
insbesondere eines Antriebs für
eine Kraft- bzw. Arbeitsmaschine.
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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,
Kettenzugsystemen, Zahnradsystemen, insbesondere Getrieben, Reibradsystemen,
etc.
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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.
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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.
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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. Ähnliche
Vorrichtungen sind aus den Schriften
US 4,783,998 ,
US 6,490,935 B1 und
WO 99/09637 A1 bekannt.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Überwachung eines Antriebs nach
Anspruch 1 gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt.
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1 ein
Antrieb mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Überwachung
des Antriebs
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
FQ, 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 FQ, 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 FQ, 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.
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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 FQ 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.
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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 FQ 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.
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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.
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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 FQ 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.
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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.
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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.
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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.
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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
FQ, 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.