DE19716612A1 - Signalübertragungselement für den Einbau in elastomeren Fördereinrichtungen - Google Patents

Description

Die Patentanmeldung betrifft Signalübertragungselemente in flächiger Rahmenform aus elek­ trisch leitfähigen Materialien in textiler oder blechverarbeitender Herstellungsart für die Übertragung oder Abstrahlung elektromagnetischer Energie zum Zwecke der Signalübertragung von elastomeren Förder- oder Speichereinrichtungen von und zu stationären Einrichtungen.

Für die Überwachung von elastomeren Fördergurten sind induktive Verfahren bekannt, die mit Hilfe der elektromagnetischen Signalübertragung von einem ortsfesten Sender über Signalübertra­ gungselemente, die in Abständen im Fördergurt untergebracht sind, so auf einen ortsfesten Empfänger wirken, daß bei Beeinflussung eines oder mehrerer dieser Elemente infolge physikalischer Effekte eine Auswertung des dann veränderten Empfängersignals erfolgt. Gegebenenfalls kann die Auswertung zur sofortigen Stillsetzung des betreffenden Fördergurts führen, um beispielsweise größe­ re Schäden an diesem zu vermeiden. Aber auch andere Zustandsinformationen können in dem über­ tragenen Signal enthalten sein. Diese induktiv koppelbaren Signalübertragungselemente werden in Form von Drähten, Litzen oder Seilen so von Hand hergerichtet, daß sie einen elektrisch wirksamen Ring mit den Maßen ca. 30 cm × ca. Gurtbreite bilden.

Es hat in der Vergangenheit nicht an Vorschlägen zur Ausgestaltung eines betriebssicheren Signalübertragungselements in Form eines Kurzschlußringes, der auch als Leiterschleife bezeichnet wird, gefehlt.

In der DE-PS 19 19 327 werden dazu nähere Angaben gemacht. Erfindungsgemäß wird ein flexibler Kern vorgesehen, der aus einer Reihe von Fäden aus einem Material wie Polyester, Nylon, Glasfasern usw. verflochten wird und um den herum ein elektrischer Leiter, bestehend aus einem Draht oder einer Folie aus einer Kupferlegierung gewickelt wird. Zusätzlich wird noch eine Abdeck­ schicht, die auch aus Polyester, Nylon oder Glasfasern in Form eines Gespinstes oder als Gewebe ausgeführt werden kann, aufgebracht. Die den Leiter umgebende Abdeckschicht hat die Aufgabe, die Korrosion des aus einer Kupferlegierung bestehenden Leiters zu verhindern.

Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß ein Gespinst um den Leiter oder ein den Leiter rohrförmig umgebendes Gewebe weder in der Lage ist bei der Herstellung der Fördergurte dem Druck des zu vulkanisierenden Gummis eine genügende Dichtigkeit, noch bei dem Transportvorgang durch ständiges Walken und Beaufschlagen durch große Stücke genügende Widerstandsfähigkeit entge­ genzusetzen. Die Folge ist ein chemischer Zerfallsprozeß der Kupferiegierung, der durch den beim Vernetzen benötigten Schwefel in Gummi des Fördergurtes ausgelöst wird und nach genügender Einwirkungszeit ein elektrisch nichtleitendes Produkt erzeugt und damit die Leiterschleife zerstört.

DE-AS 1 940 945 beschreibt eine Einrichtung, bei der das Leitermaterial in Form einer Litze, freibeweglich in einem Hohlraum eines Gummiformstückes untergebracht wird. Die Litze wird mit einem Gummimaterial, das weder Schwefel noch Beschleuniger enthält und damit nicht vulkanisiert werden kann, ummantelt. Durch die freie Beweglichkeit des Leitermaterials in einem plastisch ausge­ füllten Hohlraum wird zwar der Kontakt mit vulkanisiertem Gummi verhindert, jedoch wird durch die Bewegungen bei dem Betrieb eines so ausgerüsteten Fördergurtes die Litze langsam zerrieben.

DE-OS 20 30 796 schlägt als Leiterschleife einen aus Messing, Zink oder dgl. überzogenes und endlos geschlossenes Stahldrahtkabel vor. Wegen der bei der Verbindung der Stahldrahtkabel­ enden an diesen Stellen auftretenden Probleme durch Biegebrüche, wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, die Enden der das Kabel bildenden Signalübertragungselemente wie Litzen oder Seile, abgestuft auslaufen zu lassen. Bei einem Kabel, das z. B. sieben Seile mit vierzehn Seilenden hat, können so sieben Windungen für die Bildung einer Leiterschleife entstehen. In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, die Seile endlos zu spleißen und die jeweiligen Seilenden im Seil­ verbund zu verstecken. Diese Machart der Leiterschleifen hat sich in der Praxis deshalb nicht bewährt, weil die Kontaktierung der jeweiligen Seilenden zueinander oder mit den übrigen Seilen bei der Vulkanisation des Fördergurts vom teigigen Gummi unterwandert wird. Zudem tritt noch ein Langzeiteffekt der auch hier durch den beim Vulkanisieren benötigten freien Schwefel im Gummi des Fördergurtes ausgelöst wird und nach genügender Einwirkungszeit eine elektrisch nichtleitende Kontaktstelle erzeugt und damit die Leiterschleife unbrauchbar macht.

Die DE-OS 22 46 137 beschreibt eine in einem dreistufigen Zwirnvorgang aus Kupferrund­ draht hergestellte Leiterschleife, deren Kupferdrähte nach Unteranspruch 4 mit einem durch Tauchen aufgebrachten Zinnbelag oder (Unteranspr. 5) galvanisch mit einem Messingbelag versehen sind. Als Verbindungstechnik wird Verspleißen angegeben. Der Nachteil dieser Lehre liegt wie bei den oben bewerteten Lehren darin, daß durch Walk- und Aufschlagbeanspruchung jeder auf den Leiter aufge­ brachte Belag an mindestens einer, wenn auch noch so kleinen Stelle, beschädigt wird und damit der Reaktion des Kupfers mit dem im Fördergurt vorhandenen freien Schwefel ausgesetzt ist. Dies führt, wie die Praxis gezeigt hat, zum Ausfall der Leiterschleife. Außerdem läßt sich eine, wie beispielhaft angegebene Leiterschleife mit 651 Drähten und einem Außendurchmesser von etwa 2,3 mm nur in Fördergurten mit einer außergewöhnlich dicken Gummischicht unterbringen.

Um die bei der Verwendung von Kabeln oder kabelähnlichen Konstruktionen der zu schaffen­ den Leiterschleife als kritische Verbindungstechnik einzustufende Spleißverbindung stabilere elektri­ sche Kontaktierungen zu ermöglichen, wird in DE-OS 22 46 139 vorgeschlagen, die Langspleiße seitlich herauszuführen und miteinander zu verdrillen und ggfls. nachträglich die gesamte so gebildete Leiterschleife mit einem Messingüberzug zu versehen. Auch diese Konstruktion vermag den beson­ deren chemischen und dynamischen Verhältnissen in einem Fördergurt nicht gerecht zu werden, da der o.a. chemische Prozeß auch hier wirksam wird. Zusätzliche Kräfte wirken auf die seitlich, entge­ gen der Kraftrichtung des gespleißten Seils herausgeführte Drillverbindung ungünstig ein und führen am Austritt der Drillverbindung aus dem Kabelverbund zu Dauerbrüchen. Auch die verdrillten Litzen­ enden werden beim Vulkanisierprozeß vom teigigen Gummi unterwandert.

Die DE-OS 28 29 933 schlägt für die Bildung einer Leiterschleife metallische Stapelfasern vor, die zuvor zu Fäden versponnen wurden, wobei die Stapelfasern aus extrem kurzen feinen Metall­ fasern bestehen. Die Endlosschließung geschieht durch Verknoten. Da es sich bei der notwendigen Stromleitung längs der Stapelfasern um eine vieltausendfache Kontaktierung der Fasern mit jeweils ihren Nachbarfasern handelt, ist leicht einzusehen, daß die zuvor geltend gemachten chemischen und dynamischen Probleme, sowie Unterwanderung von Kontakten durch Gummi in großem Maße auftreten und die Leiterschleife unwirksam machen. Verknotungen stellen den schlechtesten Kontakt dar und bilden gegen Unterwanderung keinen Schutz. Das Ziel der Schaffung eines preiswerten Ele­ ments wird mit einer betrieblich bedenklichen Konstruktion erkauft.

Die in den vorgenannten Patentschriften aufgeführten Nachteile will die DE-OS 39 27 746 dadurch vermeiden, daß bei der Endlosverbindung eines Metallseils die einzeln zu verbindenden Litzenenden kräftefrei nebeneinander angeordnet und auf einer Länge von wenigen Millimetern miteinander weich verlötet werden, wobei die so verbundenen Litzenenden so dicht am Seil anliegen, daß eine der Litzen ihre ursprüngliche Lage im Seilverband beibehält. Obgleich diese neue Lehre erfahrungsgemäß zu einem zuverlässigen Betriebsmittel führt, haftet ihr der Nachteil an, daß sich diese Konstruktion nicht für eine mechanisierte oder automatisierte Herstellung eignet, da der Seilverbund zunächst durch handwerkliches Spleißen vorbereitet werden muß, dem ein sorgfältiges Zuordnen der Litzenenden und ein von Hand durchzuführendes Einlegen der insgesamt sieben von vierzehn zu verbindenden Litzenenden geschehen muß. Es ist einzusehen, daß diese Vorgänge zeitbedürftig und demzufolge sehr kostenintensiv sind.

Eine ältere Lehre DE 196 01 899 betrifft Leiterschleifen, die aus einer elektrisch leitfähigen Folie, die nach den Merkmalen von weiteren Nebenansprüchen endlos und aus extrem dünn gehalte­ nem Material zwischen 2 µm und 200 µm gefertigt sind. Der Nachteil dieser Lehre liegt in der man­ gelnden Festigkeit gegenüber Aufschlägen scharfkantiger Materialien, die bei einem Aufprall im Bereich der Fördergurtaufgabe zu erwarten sind. Was die Dehnung im Normalbetrieb durch wechseln­ de Muldung des Fördergurtes und ständiges Biegen im Bereich der Stützrollen und der Umlenktrom­ meln betrifft, ist zu erwarten, daß trotz einer in einem Nebenanspruch vorgeschlagenen Wendelung keine höhere Dehnung auftritt, da die Querbeweglichkeit nicht in gleichem Maße zunehmen kann.

In einer älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 196 52 236.6 wird ein Verfah­ ren zur Herstellung von Signalübertragungselementen für Fördergurte ausführlich beschrieben, das von der Herstellung der jeweils induktiv koppelbaren Ringe in einem besonderen Webverfahren Gebrauch macht. Obgleich dieses Verfahren das Ziel einer mechanisierten oder automatisierten Her­ stellung erreicht, so sind doch für jede spezielle Fördergurtbreite besondere Signalübertragungsele­ mente zu weben.

Eine weitere, ebenfalls nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung DE 197 15 703.3 beschreibt Signalübertragungselemente, die aus bandförmigen, in textiler Machart hergestellten, leitfähigen und induktiven Rahmen bestehen. Obgleich diese Lehre das Ziel eines kostengünstigen und zugleich leicht in automatisierter Herstellungsart anzufertigenden Signalübertragungselementes erreicht, so können diese nicht immer für die Überwachung extrem dünner Förder- oder Speichereinrichtungen eingesetzt werden, wenn die Umlenkpunkte des Signalübertragungselements durch Umknicken hergestellt werden sollen, da sie hier den doppelten Wert des einfachen Textils annehmen.

Signalübertragungselemente gemäß der Erfindung zeichnen sich - für die Übertragung oder Abstrahlung elektromagnetischer Energie zum Zwecke der Signalübertragung von elastomeren Förder- oder Speichereinrichtungen von und zu stationären Einrichtungen - dadurch aus, daß sie die vorgenannten Nachteile vermeiden und kostengünstige Signalübertragungselemente schaffen, die von immer gleicher Qualität durch einen automatisierten Prozeß herstellbar sind.

Nach dem kennzeichnenden Patentanspruch 1 wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß aus einem gewebten, elektrisch leitfähigen Material ein in sich geschlossener, induktiver und flächiger polygoner Rahmen so geschnitten wird, daß er in der Lage ist, eine induktiv eingekoppelte elektromagnetische Leistung abzustrahlen. Das Material kann aus den verschiedensten Werkstoffen bestehen. Unter Beachtung der chemischen und physikalischen Einflüsse auf diese Materialien, die z. B. beim Vulkanisieren oder auch bei dem rauhen Betrieb z. B. einer Erzförderung auftreten, haben sich bei textil hergestellten Grundmaterialien verzinkte Stahlseile, -Litzen oder -Drähte als geeignet erwiesen. Für den Fall, daß wegen der notwendigen geringen Dicke des Signalübertragungselemen­ tes für Fördergurte, die mit dünnen elastomeren Trag- oder Laufseiten ausgerüstet sind, die Signal­ übertragungselemente einen zu großen elektrischen Widerstand aufweisen, kann neben dem Festig­ keitsträger Stahl, Titan, Kohlefasergarn oder ähnlichem ein Leitfähigkeitsträger, z. B. aus Nickel oder Aluminium oder ähnlichem ebenfalls in die textile Herstellungsart eingebracht werden. Es können auch alle Elemente beliebig gemischt verarbeitet werden, so z. B. können die Schußelemente, wenn sie die längere Seite des Rahmens bilden mit Leitfähigkeitsträger und Festigkeitsträgem gemischt sein, während die Kettelemente lediglich aus Festigkeitsträgem bestehen, da diese relativ kurzen Seiten des Rahmens nicht wesentlich zum Gesamtwiderstand beitragen.

Nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 wird an Stelle von gewebtem Grund­ material für die Herstellung des Signalübertragungselements texturiertes Material angegeben. Das kann als Gewirke, Gestricke, Geflecht oder auch als Drahtgitter sowie Streckmetall aus mehr oder weniger dünnen Blechen ausgeführt sein. Bei Letzterem werden bekanntlich regelmäßige Ausstan­ zungen so angebracht, daß nach dem anschließenden Auseinanderziehen der verbleibenden Stege ein webartiges Muster (Textur) entsteht. Je nach Wahl des Materials kann eine hohe Biege­ wechselfestigkeit bei guten elektrischen Werten eingestellt werden, wobei die geometrischen Abmes­ sungen der Dicke und der Rahmenbreite sehr gering gehalten werden können.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung (Patentanspruch 3) werden in dem Rahmen, soweit er aus gewebtem Material herausgeschnitten wird, anschließend die an den Ecken befindlichen Kett- und Schußelemente ,je nach Material, durch bekannte Verbindungsverfahren, wie Löten oder Punkt­ schweißen bzw. Widerstands-Rollennahtschweißen jeweils elektrisch einwandfrei miteinander verbun­ den.

In einem weiteren Patentanspruch 4 wird dargelegt daß der Rahmen für den Fall, daß weitere elektrische Bauelemente oder Baugruppen anzuschließen sind, an beliebiger Stelle für den Anschluß dieser Komponenten aufgetrennt werden kann.

Oft ist es aus Redundanzgründen vorteilhaft, wenn nach Patentanspruch 5 an Stelle eines Rahmens zwei oder mehr ineinander befindliche Rahmen für eine sichere Signalübertragung sorgen. Nach dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung der Elemente ist dies ohnehin ein kosten­ günstiges Verfahren, da die aus der Fläche des Basismaterials herausgetrennte neue Fläche sich dazu eignet.

In besonderen Fällen, beispielsweise dann, wenn durch besonders breite Fördergurte das Signalübertragungselement wegen seines höheren Wirkwiderstands eine unzulässige Dämpfung des zu übertragenen Signals hervorruft, schlägt Patentanspruch 6 vor, mehrere Rahmen so zusammenzu­ schalten, daß sich durch Erhöhung der Induktivität eine geringer Übertragungsdämpfung ergibt.

Ein ähnlicher Effekt wird erreicht, wenn die Induktivität nach Patentanspruch 7 dadurch ver­ größert wird, daß in das magnetische Feld ein Ferritmaterial, vorzugsweise in flexibler Folienform, eingebracht wird.

Die Erfindung ist anhand der schematischen Darstellung verdeutlicht. Es zeigt

Fig. 1 den Ausschnitt aus einem Gewebe, das beispielsweise aus Stahllitzen und Aluminium­ litzen besteht,

Fig. 2 dagegen einen Ausschnitt aus einem Gewebe, das beispielsweise nur aus Stahllitzen besteht,

Fig. 3 den aus dem Material nach Fig. 1 hergestellten induktiven, leitfähigen Rahmen,

Fig. 4 desgl., jedoch aus dem nach Fig. 2 hergestellten induktiven, leitfähigen Rahmen und Fig. 5 den aus Streckmetall hergestellten induktiven, leitfähigen Rahmen.

Die erfindungsgemäßen neuen Signalübertragungselemente aus elektrisch leitfähigen, texturierten Materialien, wie Geweben, Gewirken, Gestricken, Geflechten, Drahtgittern, Streckmetallen oder ähnlichem in Form eines flächigen, polygonen Rahmens für die Übertragung oder Abstrahlung elektromagnetischer Energie zum Zwecke der Signalübertragung von bzw. zu elastomeren Förder- oder Speichereinrichtungen, werden in den nachfolgenden Fig. näher erläutert.

In Fig. 1 ist als Beispiel für ein texturiertes Material ein in textiler Herstellung gefertigtes Metall­ gewebe, bestehend aus den leitfähigen Kettelementen aus Stahllitze 1 und Aluminiumlitze 2 und den Schüssen aus Stahllitze 3 und Aluminiumlitze 4. Die neben den Stahllitzen 1 bzw. 3 eingebrachten Aluminiumlitzen 2 bzw. 4 dienen bei größeren Abmessungen der Signalübertragungselemente 6 der Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit.

Fig. 2 zeigt dagegen ein nur aus Stahllitzen 1 und 3 hergestelltes Gewebe.

Um beispielsweise aus den vorgenannten gefertigten Materialien die erfindungsgemäßen Signalübertragungselemente 6 in einem zusammenhängenden Stück herzustellen, wird in Fig. 3 dargestellt, daß nach dem Heraustrennen einer Fläche mit der Breite A und der Höhe B aus einer größeren Fläche das Signalübertragungselement 6 entsteht. Bei Geweben werden zusätzlich die Ecken des so hergestellten Signalübertragungselements 6 durch eine Eckverbindung 5 mittels Lötung oder Schweißung elektrisch dauerhaft leitfähig gemacht.

Fig. 4 zeigt ebenfalls ein aus dem Gewebe nach Fig. 2 herausgetrenntes Signalüber­ tragungselement 6.

Fig. 5 zeigt ein aus einem Streckmetall, das aus einem dünnen Blech gefertigt ist, hergestelltes Signalübertragungselement 7.

Bezugszeichenliste

1

Stahllitze (Kette)

2

Aluminiumlitze (Kette)

3

Stahllitze (Schuß)

4

Aluminiumlitze (Schuß)

5

Eckverbindung

6

Signalübertragungselement aus Gewebe

7

Signalübertragungselement aus Streckmetall
A Ausschnitt (Breite)
B Ausschnitt (Höhe)

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von induktiven Signalübertragungselementen für den Einbau in elasto­ meren Förder- oder Speichereinrichtungen aus elektrisch leitfähigen Geweben in Form eines flachen polygonen Rahmens für die Übertragung oder Abstrahlung elektromagnetischer Energie von elastomeren Förder- oder Speichereinrichtungen von und zu stationären Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalübertragungselement (6) in einem zusammenhängenden Stück und unterbrechungs­ frei aus einem Gewebe, bestehend aus zugfestem Werkstoff wie Stahl (1, 3), Titan, Kohlefasergarn, Kunstfasern oder ähnlichem und wahlweise mit leitfähigem Werkstoff wie Nickel, Aluminium (2, 4) oder leitfähig gemachten Kunststoffen verwebt, herausgeschnitten wird. Die Webelemente können Seile, Litzen, Drähte, Bänder, Fasern, Garne oder dgl. sein.

2. Signalübertragungselement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalübertragungselement (6) aus elektrisch leitfähigem, texturierten Material, wie Gewir­ ke, Gestricke, Geflecht, Drahtgitter, Streckmetall (7) oder ähnlichem aus einer zusammenhängen­ den Fläche in einem Stück herausgeschnitten wird.

3. Signalübertragungselement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzungen der Webelemente als Eckverbindungen (5) durch Löten, Schweißen oder in Verbindung mit bekannten mechanischen oder chemischen Verbindungstechniken dauerhaft elek­ trisch kontaktieren.

4. Signalübertragungselement nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalübertragungselement (6) oder (7) zum Anschluß elektrischer Bauelemente oder Baugruppen an beliebiger Stelle aufgetrennt wird.

5. Signalübertragungselement nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalübertragungselement (6) oder (7) aus mehr als einem Rahmen zusammengesetzt ist.

6. Signalübertragungselement nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rahmen so verbunden werden, daß sich die Induktivität des so geschaffenen Signal­ übertragungselements (6) oder (7) erhöht.

7. Signalübertragungselement nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität des Signalübertragungselements (6) oder (7) durch Ferrit, vorzugsweise in flexibler Form, erhöht wird.