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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wireless-Überwachungsvorrichtung, insbesondere eine Wireless-Überwachungsvorrichtung mit Energieumwandelfunktion.
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Stand der Technik
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In der Industrie sind die Spannbände oft als Förderanlagen angewendet, die sich nach einem langfristigen Gebrauch verlängern werden. Falls die Bandlänge eine bestimmte Grenze überschritten hat, nimmt sich das andererseits stützende Zwischenrad beim Drehen des Triebrads der Förderanlage keine simultane Drehung vor. Wenn der Benutzer dieses Problem nicht rechtzeitig festgestellt hat und die Stellung des Zwischenrads so eingestellt hat, dass das Band zum Gewährleisten des Gleichlaufs des Zwischenrads mit dem Triebrad gespannt bleibt, dreht sich das Triebrad in dem Bandförderer allein und reibt bestimmte Punkte des Bandes an, so dass sich das Band nach einem bestimmten Betrieb wärmt, brennt und eher bricht, was zum Ausfall der Produktion führt. Falls sich die Brennstelle in einem hochstaubigen Umfeld befindet, kann hochwahrscheinlich ein Arbeitsunfall wie staubige Explosion passieren.
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In den Bereichen wie Zementproduktion, Bergbau, Wärmekraftwerk, Hafenmaschinen und Massengüter-Deponierung sowie bei Produktionsprozessen finden die Becherförderer und Bandförderer umfangreiche Anwendung, deren Komplettsystemlängen von Dutzenden Metern bis Dutzenden Kilometern unterschiedlich sind. Die Förderer sind und werden von Dutzenden bis Hunderten in abgelegenen Orten der Minen oder Fabriken ausgestellt, wo die Leute selten persönlich zur Kontrolle begehen. In dem Fall sind die Ausrüstung der selbsttätigen Sensorik und Messtechnik erforderlich, die die tatsächlichen Verhalten der verschiedenen Förderer jederzeitig kontrollieren und die relevanten Signale bei einer Zentralsteuerkabine melden können. Bei jedem störenden Problem werden die Instandhalter zur Reparatur benachrichtigt.
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Die genannte Sensorik und Messtechnik umfasst Zwischenrad-Fehldrehzahlerkennung, Lagertemperaturfühlung, Bandversatzerkennung, Zugseil-Notstopp-Meldung, Bandbrucherkennung, Güterdurchgangserkennung, Abfuhröffnungs-Füllstanderfassung, Bunkerablösungs-/Verformungserkennung, Funkenmeldung usw., welche sich je nach Überwachungsbedarf vor Ort ausrüsten lassen.
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Die ausgerüstete Sensorik und Messtechnik muss über geeignete Kabelleitungen und eine Spannungsversorgung an einer Zentralsteuerkabine elektrisch angeschlossen sein. Die Aufwände für die Kabelleitungen und Ingenieurwesen sind bei so einer Förderanlage, die mehrere zehn Kilometer lang ist, erheblich.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend von der Mangelhaftigkeit der herkömmlichen Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Wireless-Überwachungsvorrichtung mit Energieumwandelfunktion bereitzustellen.
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Zum Lösen der Aufgabe wirkt die erfindungsgemäße Wireless-Überwachungsvorrichtung mit einem Schwenkorgan zusammen und besteht aus einem Energieumwandelmodul, welches sich zum Stromerzeugen an den Schwenkorgan koppeln bzw. an einer Drehmitte des Zwischenrads in dem Schwenkorgan montieren lässt, einem Energiespeicher, welcher zum Annehmen und Abspeichern der erzeugten elektrischen Energie aus dem Energieumwandelmodul mit dem Energieumwandelmodul elektrisch verbunden ist, einem Drehzahlmessgeber, welcher mit dem Energiespeicher elektrisch verbunden ist, einer Auswerteeinheit, welche mit dem Drehzahlmessgeber und dem Energiespeicher elektrisch verbunden ist, sowie einer Übertragungsantenne, welche mit der Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist. Dabei versorgt der Energiespeicher die Auswerteeinheit mit elektrischer Energie. Die Auswerteeinheit ist mit der Eingabeeinheit elektrisch verbunden, um die Messdaten aus der Eingabeeinheit zu empfangen und anschließend die Messdaten über die Übertragungsantenne auszugeben.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführungsform bestehen im Folgenden:
- 1. Entfallen der für das Signalübertragen aus einer Förderanlage an eine Zentralsteuerkabine notwendigen Aufwände für den Bau und Materialien.
- 2. Verkürzen der örtlichen Zusammensetzungszeit und Betriebszeit.
- 3. Einfache Instandhaltung bei jeder Förderanlage als ein separates System.
- 4. Erzeugen und Speichern der elektrischen Energie über das Energieumwandelmodul durch das von dem bewegenden Band mitgenommene Mitdrehen des Zwischenrads bei der an einer Achsenmitte des Zwischenrads in der Förderanlage montierten Überwachungsvorrichtung mit Energieumwandelfunktion, wobei sich die Drehzahl angesichts der durch das Energieumwandelmodul signalisierten Ist-Frequenz oder Spannungs-/Stromschwankung messen lässt, ohne eine externe Spannungsversorgung zu benötigen.
- 5. Entfallene aufwändige Verkabelung / Verrohrung / persönliche Begehung vor Ort, erhöhte Anlageneffizienz und -sicherheit, vereinfachte Ausrüstungen, abgesenkte Baukosten und vereinfachte Instandhaltungen, dadurch, dass die Wireless-Überwachungsvorrichtung durch das Bewegen des Transportbandes und Zwischenrads zum Wirken mitgenommen wird und das Energieumwandelmodul dabei elektrische Energie erzeugt, speichert und anschließend die elektrische Energie dem Überwachungsmodul und Wireless-Kommunikationsmodul bereitstellt, so dass sich alle Messsignale rund um die Förderanlage an eine Zentralsteuerkabine senden lassen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 Blockbild der erfindungsgemäßen Wireless-Überwachungsvorrichtung mit Energieumwandelfunktion.
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2 Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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3 Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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In den folgenden Abschnitten werden die bevorzugten Ausführungsformen und die technischen Leistungen anhand der Zeichnungen erläutert. Es sei jedoch bemerkt, dass die beigefügten Figuren zur Beschreibung bzw. Referenz dienen und sich nicht als die Begrenzung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen darstellen.
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Wie aus 1 ersichtlich, wirkt mit einem Schwenkorgan 20 die erfindungsgemäße Wireless-Überwachungsvorrichtung 10 zusammen, die aus einem Energieumwandelmodul 102, einem Energiespeicher 104, einer Auswerteeinheit 106, einer Übertragungsantenne 108, einer Ausgabe-Anzeigeeinheit 110, einem Drehzahlmessgeber 112 und einem Wireless-Kommunikationsmodul 114 besteht. Die Auswerteeinheit 106 umfasst eine Speichereinheit 116.
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Das Energieumwandelmodul 102 ist zum Erzeugen elektrischer Energie an den Schwenkorgan 20 gekoppelt und an einer Drehmitte 204 eines Zwischenrads 202 in dem Schwenkorgan 20 montiert. Das Energieumwandelmodul 102 lässt sich unabhängig an die Drehmitte 204 koppeln oder in die Wireless-Überwachungsvorrichtung 10 integrieren. Der Energiespeicher 104 ist zum Annehmen und Abspeichern der erzeugten elektrischen Energie aus dem Energieumwandelmodul 102 mit dem Energieumwandelmodul 102 elektrisch verbunden. Die Auswerteeinheit 106 ist mit dem Drehzahlmessgeber 112 und dem Energiespeicher 104 elektrisch verbunden. Die Übertragungsantenne 108 ist mit dem Wireless-Kommunikationsmodul 114 elektrisch verbunden. Die Ausgabe-Anzeigeeinheit 110 ist mit der Auswerteeinheit 106 und dem Energiespeicher 104 elektrisch verbunden. Der Drehzahlmessgeber 112 ist mit dem Energieumwandelmodul 102, dem Energiespeicher 104 und der Auswerteeinheit 106 elektrisch verbunden. Der Drehzahlmessgeber 112 dient zum Messen der Drehzahl des Zwischenrads 202 anhand der Drehzahlmerkmalssignale 118. Je schneller das Zwischenrad 202 dreht, desto größer sind die Spannungswerte der Drehzahlmerkmalssignale 118. Die Auswerteeinheit 106 dient zum Auswerten der Spannungswerte der Drehzahlmerkmalssignale 118 bzw. zum Erfassen der Drehzahl des Zwischenrads 202. Das Wireless-Kommunikationsmodul 114 ist mit der Auswerteeinheit 106, dem Energiespeicher 104 und der Übertragungsantenne 108 elektrisch verbunden.
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Der Energiespeicher 104 versorgt die Auswerteeinheit 106, den Drehzahlmessgeber 112, die Ausgabe-Anzeigeeinheit 110, das Wireless-Kommunikationsmodul 114 und sonstige Komponenten in der Wireless-Überwachungsvorrichtung 10 mit der elektrischen Energie. Die Auswerteeinheit 106 ist mit der Eingabeeinheit 30 elektrisch verbunden. Die Auswerteeinheit 106 empfängt die Messdaten aus der Eingabeeinheit 30 und sendet anschließend die Messdaten über die Übertragungsantenne 108 kabellos an eine Zentralsteuerkabine (in 1 nicht gezeigt). Des Weiteren sendet die Auswerteeinheit 106 die Messdaten aus der Eingabeeinheit 30 an die Ausgabe-Anzeigeeinheit 110, die zur Anzeige und Ausgabe der Messdaten aus der Eingabeeinheit 30 dient. Die Eingabeeinheit 30 dient zum Abtasten abnormaler Zustände. Falls die Eingabeeinheit 30 einen abnormalen Zustand festgestellt hat, sendet die Eingabeeinheit 30 ein entsprechendes Fehlersignal 302 an die Auswerteeinheit 106. Das Energieumwandelmodul 102 lässt sich mit der Auswerteeinheit 106 integrieren oder davon trennen.
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Bei einer Ausführungsform ist die Auswerteeinheit 106 mit mehreren Eingabeeinheiten 30 elektrisch verbunden (in 1 ist eine Eingabeeinheit 30 gezeigt, es kann jedoch mehrere Eingabeeinheiten 30 geben). Jede Eingabeeinheit 30 überwacht verschiedene Daten und sendet verschiedene Daten an die Auswerteeinheit 106. Die Eingabeeinheit 30 kann als ein Versatzschalter-Sensor, Seilzugschalter-Sensor, Temperatursensor (Temperaturfühler), Füllstandschalter-Sensor, Gewichtssensor, Stausensor, Risssensor, Bunkerablösungs-/Verformungssensor oder Funkenmelder ausgebildet sein, wobei die erfindungsgemäße Ausführungsform jedoch nicht darauf eingeschränkt wird.
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Wie aus 2 als eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform und 3 als eine Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ersichtlich, lassen sich die erfindungsgemäßen Ausführungsformen in einem Stauschalter 40, einem Versatzschalter 50, einem Seilzugschalter 60, einem Gummiband 70, einem Triebwerk 80 oder einem Durchgangsschalter 95 anwenden. In 2 umfasst die Eingabeeinheit 30 einen Funkenmelder 304, einen Füllstandschalter 90, zwei Temperaturfühler 306 und zwei Bunkerablösungs-/Verformungssensoren 308. In 3 umfasst die Eingabeeinheit 30 zwei Temperaturfühler 306 und einen Füllstandschalter 90.
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Das Energieumwandelmodul 102 kann ferner als ein Gegenstand wie ein Elektrizitätsgenerator ausgebildet sein, welcher an das Zwischenrad 202 mechanisch gekoppelt ist und sich unabhängig am Zwischenrad 202 anbauen oder in der Wireless-Überwachungsvorrichtung 10 integrieren lässt. Der Generator sendet ein Drehzahlmerkmalssignal 118 an den Drehzahlmessgeber 112, um die Drehzahl zu überwachen. Der Energiespeicher 104 kann als ein Gegenstand wie eine Batterie ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit 106 kann ferner als ein Gegenstand wie ein Mikroprozessor ausgebildet sein. Das Wireless-Kommunikationsmodul 114 und die Übertragungsantenne 108 verwenden die Techniken wie 3G, 4G, ZigBee, LoRa oder WiFi. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wireless-Überwachungsvorrichtung 10 ferner Eingabeeinheiten 30.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführungsform bestehen im Folgenden:
- 1. Entfallen der für das Signalübertragen aus einer Förderanlage an eine Zentralsteuerkabine notwendigen Aufwände für den Bau und Materialien.
- 2. Verkürzen der örtlichen Zusammensetzungszeit und Betriebszeit.
- 3. Einfache Instandhaltung bei jeder Förderanlage als ein separates System.
- 4. Erzeugen und Speichern der elektrischen Energie über das Energieumwandelmodul durch das von dem bewegenden Band mitgenommene Mitdrehen des Zwischenrads bei der an einer Achsenmitte des Zwischenrads in der Förderanlage montierten Überwachungsvorrichtung mit Energieumwandelfunktion, wobei sich die Drehzahl angesichts der durch das Energieumwandelmodul signalisierten Ist-Frequenz oder Spannungs-/Stromschwankung messen lässt, ohne eine externe Spannungsversorgung zu benötigen.
- 5. Entfallene aufwändige Verkabelung / Verrohrung / persönliche Begehung vor Ort, erhöhte Anlageneffizienz und -sicherheit, vereinfachte Ausrüstungen, abgesenkte Baukosten und vereinfachte Instandhaltungen, dadurch, dass die Wireless-Überwachungsvorrichtung durch das Bewegen des Transportbandes und Zwischenrads zum Wirken mitgenommen wird und das Energieumwandelmodul dabei elektrische Energie erzeugt, speichert und anschließend die elektrische Energie dem Überwachungsmodul und Wireless-Kommunikationsmodul bereitstellt, so dass sich alle Messsignale rund um die Förderanlage an eine Zentralsteuerkabine senden lassen.
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In den obigen Kapiteln sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt. Es sei jedoch bemerkt, dass diese bevorzugten Ausführungsbeispiele den Bereich der Erfindung nicht beschränken, sondern nur zur Beschreibung der Erfindung dienen. Es werden alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale somit als erfindungswesentlich angesehen. Wie oben beschrieben, hat diese Erfindung die drei wichtigsten Kriterien eines Patents erfüllt, nämlich die Neuartigkeit, die Fortschrittlichkeit sowie die industrielle Nutzbarkeit.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wireless-Überwachungsvorrichtung
- 20
- Schwenkorgan
- 30
- Eingabeeinheit
- 40
- Stauschalter
- 50
- Versatzschalter
- 60
- Seilzugschalter
- 70
- Gummiband
- 80
- Triebwerk
- 90
- Füllstandschalter
- 95
- Durchgangsschalter
- 102
- Energieumwandelmodul
- 104
- Energiespeicher
- 106
- Auswerteeinheit
- 108
- Übertragungsantenne
- 110
- Ausgabe-Anzeigeeinheit
- 112
- Drehzahlmessgeber
- 114
- Wireless-Kommunikationsmodul
- 116
- Speichereinheit
- 118
- Drehzahlmerkmalssignal
- 202
- Zwischenrad
- 204
- Drehmitte
- 302
- Fehlersignal
- 304
- Funkenmelder
- 306
- Temperaturfühler
- 308
- Bunkerablösungs-/Verformungssensor
