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Anordnung zur Schlupf- und Einschaltüberwachung von Trans-
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portbändern oder anderen Fördergeräten, insbesondere für Grubenbetriebe.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Schlupf- und Einschaltüberwachung
von Transportbändern oder anderen Förder-.
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geräten, insbesondere für Grubenbetriebe, bei der einem mit einem
Auswertegerät verbundenen Impulsgeber ein stationärer, berührungslos arbeitender
Fühler zugeordnet ist, dessen Betriebszustand von einem synchron mit dem Transportband
oder einer Bandrolle bewegten Auslöseelement änderbar ist, wobei der Impulsgeber
eine den Zustandsänderungen im Fühler proportionale Anzahl von Impulsen zum Auswertegerät
überträgt.
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Bei einer bekannten Anordnung dieser Art, die als Bandrollenwächter
zur Schlupfüberwachung an Bandanlagen eingesetzt wird (Näherungsinitiator der Firma
Siemens AG, Typenbezeichnung BERO 6), weist der stationär an einem Halter angebrachte
Impulsgeber als Fühler einen Oszillator auf, der vqn einem an der abzufragenden
Bandrolle stirnseitig befestigten Eisenplättchen bei jedem Vorbeilauf verstimmt
bzw. bedämpft wird.
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Dieser Impulsgeber ist in einem Aluminiumgehäuse eingebaut, das in
einer Halterung neben der abzufragenden Stirnseite der Bandrolle axial verschieblich
angeordnet und festlegbar ist. Das Eisenplättchen ist in der bekannten Anordnung
in eine stirnseitig an der Bandrolle angesetzte Aluminiumscheibe eingebettet. Diese
bekannte Anordnung bedingt zur ordnungsgemäßen Funktion die Einhaltung eines relativ
engen Schaltbereichs zwischen dem als Fühler dienenden induktiven Oszillatorelement
und der Bewegungsbahn des das Auslöseelement bildenden Eisenplättchen. Wird dieser
Schaltbereich, der maximal 6mm beträgt, überschritten, so wird der Oszillator von
dem vorbeilaufenden Eisenplättchen nicht mehr merklich verstimmt, so daß die Oszillatorschwingungen
nicht mehr unterbrochen und keine Schaltimpulse an das Auswertegerät übertragen
werden. Wird der Schaltbereich dagegen unterschritten, so kann der Fall eintreten,
daß der Oszillator durch Störeinflüsse, insbesondere über die Aluminiumscheibe dauernd
bedämpft wird und nicht mehr schwingt. Der bekannte Näherungsinitiator bedingt daher
eine sehr genaue Einstellung des Impulsgebers in Bezug auf die das Auslöseelement
tragende Aluminiumscheibe und eine ebenfalls sehr genaue Führung und Lagerung der
Druckrolle, an der die Aluminiumscheibe stirnseitig angebracht ist. Im praktischen
Einsatz sind jedoch Fehlschaltungen selbst bei genauer Justierung aus folgenden
Gründen unvermeidbar. Einerseits kann sich der maximale Schaltbereich von 6 mm aufgrund
von Fertigungstoleranzen oder äußeren Störeinflüssen ändern.
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Andererseits sind die den Transportbändern insbesondere in Grubenanlagen
zugeordneten Druckrollen nicht frei von Axialspiel, durch das sich der Abstand der
Druckrolle zumal innerhalb des engen Schaltbereichs bis zur bleibenden Verstimmung
ändern kann. Beim Materialtransport in den Strecken wird häufig vor die Druckrollenhalterung
und den Halter des Impulsgebers geschlagen, wodurch ebenfalls eine Änderung
des
Schaltabstands auftreten kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung zur Schlupf-
und Einschaltüberwachung von Fördergeräten so zu verbessern, daß sie einen störungsfreien
Betrieb bei wesentlich vergrößerten Schaltabstandstoleranzen gewährleistet und mit
erheblich geringerem Aufwand einzurichten und/oder umzubauen ist.
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Ausgehend von der Anordnung der eingangs angegebenen Art, schlägt
die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß der Impulsgeber eine Induktionsspule
als Fühler aufweist und das Auslöseelement als Permanentmagnet ausgebildet ist,
dessen Bewegungsbahn in solchem Abstand von der Induktionsspule angeordnet ist,
daß sein Kraftlinienfeld beim Vorbeilauf an der Induktionsspule eine dem Impuls
geber zum Auslösen eines Impulssignals ausreichende. Spannung induziert.
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Bei geeigneter Wahl des das Auslöseelement bildenden Permanentmagneten
ist ein störungsfreier und zuverlässiger Betrieb des Impuls gebers innerhalb eines
vergleichsweise großen Schaltabstands zwischen dem Magneten und dem stationär neben
der Bewegungsbahn des Magneten angeordneten Impulsgeber gewährleistet. Dieser Abstand
kann zwischen 0 und 100 mm liegen, so daß die Probleme des genauen Einrichtens des
Impulsgebers in dessen Halterung und des Nachrichtens bei größerem Axialspiel der
den Magneten tragenden Bandrolle ausgeräumt sind. Da der Impulsgeber von Metallteilen
nicht unmittelbar beeinflußt wird, kann seine Funktion auch durch Fremdeinflüsse
oder die Nachbarschaft eisenhaltiger Teile nicht beeinträchtigt werden. Der das
Auslöseelement bildende Permanentmagnet kann direkt an die Sollstelle,beispielsweise
an einer Druckrolle, angebracht werden. Einer besonderen Trägerplatte wie im Falle
der bekannten Anordnung bedarf es nicht. Vorhandene Halterungen für einen Näherungsinitiator
können auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung
zur Festlegung des
Impulsgebers benutzt werden, wobei der Schaltabstand infolge der wesentlich erhöhten
Empfindlichkeit der Anordnung um ein Mehrfaches größer gemacht werden kann als bisher.
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Darüber hinaus eröffnet die erfindungsgemäße Anordnung als Näherungsinitiator
weitere Anwendungsmöglichkeiten: Beispielsweise können ein oder mehrere Impulsgeber
der erfindungsgemäßen Art in einen Hobelradkasten eingebaut und als Geschwindigkeits-
und Richtungsgeber sowie zur Ein- und Abschaltüberwachung verwendet werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwei anti parallel
geschaltete Dioden zur Begrenzung der Spulenausgangsspannung zu der mit einem Eisenkern
versehenen Induktionsspule parallel liegen und daß ein Anschluß der Induktionsspule
an einen Signaleingang des Operationsverstärkers angeschaltet ist. Die antiparallel
geschalteten, über dem Signaleingang des Operationsverstärkers liegenden Dioden
begrenzen die Eingangsspannung des Operationsverstärkers auf einen zulässigen Höchstwert.
Daher ist es für den zuverlässigen Betrieb und die Entwicklung eines Schaltimpulses
beim Vorbeilauf des Permanentmagneten unschädlich, wenn der Schaltabstand zwischen
dem Permanentmagneten und der den Fühler bildenden Induktionsspule sehr klein ist
und dadurch in der Spule eine hohe Spannung induziert wird.
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Um dem Operationsverstärker zwei unterschiedliche Betriebsspannungen
zur Nerfügung zu stellen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der
andere Anschluß der Induktionsspule an Masse und an eine Mittelanzapfung einer symmetrischen
Spannungsteilerschaltung angeschaltet ist und daß der Operationsverstärker parallel
zu der Spannungsteilerschaltung an einer stabilisierten und be-
/liegt
grenzten Betriebsspannung. Die stabilisierte und begrenzte Betriebsspannung kann
dem Impulsgeber über ein herkömmlich ausgebildetes Auswertegerät zugeführt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische
Seitenansicht auf die erfindungsgemäße Anordnung zur Schlupf- und Einschaltüberwachung
eines Fördergeräts, wobei die in einem Gehäuseinnenraum eingebauten Komponenten
des Impulsgebers und ein an einer teilweise gezeigten Druckwalze angebrachter Permanentmagnet
als Auslöseelement gegenüber dem Impulsgeber dargestellt sind; Fig. 2 eine Stirnansicht
auf die Anordnung gemäß Fig. 1; und Fig. 3 ein schematisches Schaltbild mit den
wichtigsten Einbaukomponenten des Impulsgebers.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zur Schlupf- und Einschaltüberwachung
eines Transportbandes bzw. einer von diesem mitgenommenen Druckrolle besteht aus
einem Impulsgeber 1 und einem Permanentmagneten 2, der stirnseitig an einer nur
teilweise und schematisch dargestellten Druckrolle 3 angebracht ist. Der Permanentmagnet
2, der mit der Druckrolle 3 auf einer Kreisbahn umläuft, ist an der Stirnseite der
Druckrolle 3 so angeordnet, daß seine Bewegungsbahn die Mittelachse 10 eines die
elektrischen Komponenten des Impulsgebers 1 aufnehmenden Gehäuses 11 schneidet,
der Permanentmagnet 2 also bei jedem Umlauf der Druckrolle 3 dem Impulsgeber 1 einmal
ausgerichtet gegenüberliegt.
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Der Impulsgeber 1 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über
Anschlußlaschen 12 an einer in der Zeichnung nicht gezeigten stationären Halterung
angebracht. Der in der dargestellten Relativlage zwischen den beiden einander gegenüberliegenden
Stirnseiten dPs Permanentmagneten 2
und des Impulsgebers 1 verbleibende
Abstand A ist, wie die Funktionsbeschreibung weiter unten zeigen wird, für den zuverlässigen
Betrieb der beschriebenen Schlupfwächteranordnung unkritisch, so daß ein Anbau des
Impulsgebers an einer geeigneten Stelle der Rollenhalterung ohne Schwierigkeit möglich
ist.
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Die zum Impulsgeber gehörigen elektrischen Komponenten sind an einer
Platine 13 angebracht, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel über Schrauben
an einer Gehäusezwischenwand 14 befestigt sind. Eine mit einem Eisenkern versehene
Induktionsspule 15 ist etwa auf der Gehäuseachse 10 an der Platine 13 befestigt
und dient als induktiver Fühler. Beim Vorbeilauf des Permanentmagneten 2 induzieren
dessen Kraftlinien eine Spannung in der Spule 15, die nach geeigneter Verstärkung
ein Impulssignal am Ausgang des Impulsgebers 1 hervorruft.
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Der die Platine 13 und die Induktionsspule 15 aufnehmende Teil des
Gehäuseinnenraums ist vorzugsweise mit einer Kunstharzmasse ausgegossen. Die dem
Permanentmagneten 2 benachbarte Stirnseite ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit einer Plexiglasscheibe 16 abgeschlossen, die jedoch insbesondere dann entfallen
kann, wenn dieser Teil des Gehäuses vollständig mit Kunstharz ausgegossen ist.
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An der der Platine 13 gegenüberliegenden Seite der Zwischenwand 14
ist ein ebenfalls in Kunstharz eingebetteter Klemmstein 17 befestigt, an den die
Anschlußklemmen 18 zur Spannungsversorgung der Platinenkomponenten und zur Abnahme
des vom Impulsgenerator 1 entwickelten Impulssignals angebracht sind. Die in der
Zeichnung nicht dargestellten Leitungen zur Verbindung der Anschlußklemmen 18 mit
dem ebenfalls nicht dargestellten Auswertegerät sind durch eine Gehäusedurchführung
19 nach außen geführt.
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Eine im Ausgangs zweig des Impulsgebers 1 angeordnete
Leuchtdiode
LED ist in der Kunstharzmasseteilweise eingegossen. Sie ergibt eine durch die transparente
Rückplatte 20 wahrnehmbare Sichtanzeige bei jedem vom Impulsgeber 1 während des
Vorbeilaufens des Permanentmagneten 2 entwickelten Impulssignal.
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Die elektrische Anordnung des Impulsgebers 1 ist in Fig. 3 schematisch
dargestellt. Die aus dem Auswertegerät abgeleitete eigensichere Betriebs spannung
wird über die mit + und - bezeichneten Anschlüsse in die Schaltung eingegeben und
durch eine Zenerdiode Z auf die geeignete Amplitude begrenzt. Der Signalausgang
des Impulsgebers 1 liegt an der Anschlußklemme T.
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Die vom Permanentmagneten (2 - Fig. 1) beeinflußte Induktionsspule
15 liegt mit einem Anschluß an einem Eingang eines Operationsverstärkers OP und
mit dem anderen Anschluß an Masse. Zur Vermeidung von Überspannungen, die für den
Operationsverstärker OP schädlich sein könnten, sind zur Spule 15 zwei antiparallele
Dioden D1 und D2 parallel geschaltet. Besonders hohe Spannungen sind vor allem dann
zu erwarten, wenn der Schaltabstand zwischen den Stirnseiten des Permanentmagneten
2 und dem Eisenkern der Induktionsspule 15 relativ klein und der Permanentmagnet
2 relativ groß ist.
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Die stabilisierte und begrenzte Betriebsspannung (im beschriebenen
Ausführungsbeispiel 12 V) liegt über einer Spannungsteilerschaltung aus zwei gleichgroßen
Widerständen R3 und R4.
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Die Mittelanzapfung zwischen den beiden Spannungsteilerwiderständen
liegt an Masse, so daß die beiden Eingangspotentiale + und - um Masse zentriert
sind. Der Operationsverstärker OP bezieht die beiden um 0 zentrierten Potentiale
als Betriebsspannung, Ein anderer Eingang des Operationsverstärkers liegt über einen
Widerstand R1 an Masse und ist über einen einen Widerstand
R2
enthaltenden Rückkopplungszweig mit dem Signalausgang des Operationsverstärkers
OP verbunden. Die Widerstände R1 und R2 können als einstellbare Widerstände ausgebildet
sein, um die Empfindlichkeit des Operationsverstärkers auf in der Spule 15 induzierte
Spannungen einzustellen.
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Mit Hilfe eines mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbundenen
Trimmpotentiometers R5 kann der Ruhezustand des Operationsverstärkers bei nicht
erregter Spule 15 eingestellt werden. Zur Temperaturstabilisierung dieses Ruhezustands
ist mit dem Trimmpotentiometer eine Diode D4 in Reihe geschaltet.
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Diese gewährleistet einen einwandfreien Betrieb der beschriebenen
Anordnung auch bei erhöhten Temperaturen von etwa 700 C.
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Der Signalausgang des Operationsverstärkers OP ist über eine Diode
D3 mit einem Optokoppler OK verbunden, dessen Leuchtdiode bei einer ihr zugeführten
Spannungsänderung den zugehörigen Schalttransistor durchschaltet. Dieser entwickelt
am Ausgang, d. h. am Kollektor ein impulsförmiges Signal, das über die Leuchtdiode
LED an den Signalausgang T des Impulsgebers 1 angelegt wird.
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Bei einem in der Praxis realisierten Ausführungsbeispiel der Schaltung
gemäß Fig. 3 wurden die folgenden Schaltungskomponenten verwendet: D1 D2, D3 - Siliziumdioden
Typ in4148 R1 - 1 kfll/4W R2 - 560 k fl 1/4W R3, R4 - 470R 1/3W R5 - Trimmpotentiometer
5 kfl D4 - Germaniumdiode Typ OA 72 C1 - Tantal kondensator 22 pF 35 V Z - Zenerdiode
Typ ZPD 12 LED - Leuchtdiode 5 mm rot OK - Optokoppler Typ CN 17 OP - Operationsverstärker
Typ pA 741
Die Funktionsweise des beschriebenen Schlupf- und Einschaltwächters
wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Schaltung gemäß Fig. 3 erläutert. Bei
jedem Vorbeilauf des Permanentmagneten 2 wird in der Spule 15 eine Spannung induziert,
die bezogen auf Massenpotential an den Eingang des Operationsverstärkers OP angelegt
wird. Letzterer sucht über den Rückkopplungszweig R2 die Spannungsdifferenz zwischen
seinen beiden Eingängen zu 0 zu machen. Dadurch ändert sich sprungartig das Ausgangspotential
des Operationsverstärkers, und dem Optokoppler OK wird über die Diode D3 ein Spannungsimpuls
zugeführt. Dieser schaltet seinen Schalttransistor durch und gibt über die Leuchtdiode
LED ein impulsförmiges Signal an die mit dem Auswertegerät verbundene Anschlußklemme
T.
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Auch die Rücklaufspannung der Spule 15 wird vom Operationsverstärker
OP verstärkt, der an seinem Signalausgang einen gegenläufigen Potentialsprung erzeugt.
Die Siliziumdiode D3 verhindert die Beaufschlagung der Diode des Optokopplers mit
dem aus dieser Rücklaufspannung resultierenden Potentialsprung. Der zum Optokoppler
OK parallel geschaltete Tantalkondensator C1 verbessert die Schaltwirkung des Optokopplers.
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Die mit Eisenkern versehene Induktionsspule 15 bildet im Zusammenwirken
mit dem an: der Druckerrolle 3 bzw. einem anderen Fördergerät angebrachten Permanentmagneten
2 eine äußerst empfindliche Fühleranordnung. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
konnten mit den vorstehend angegebenen Schaltungskomponenten Schaltabstände zwischen
den benachbarten Stirnflächen von Permanentmagnet 2 und Eisenkerninduktionsspule
15 zwischen 0 und 95 mm erreicht werden. Diese Schaltabstände sind von der Größe
des Permanentmagneten, also dessen Flußdichte, abhängig. Es bereitet daher im praktischen
Einsatz keine Schwierigkeit, das den Impulsgeber aufnehmende Gehäuse 11 an geeigneter
Stelle neben der Umlaufbahn des Permanentmagneten 2 anzuordnen; selbst bei durch
Verschleiß
verursachtem Lagerspiel oder roher Handhabung der beteiligten Elemente kann der
Schaltabstand in dem großen zulässigen Bereich gehalten werden.
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Bei geeigneter Anordnung der Komponenten des Impulsgebers 1 auf der
Platine 13 läßt sich das Bauvolumen des Gehäuses 11 wesentlich verringern. Vor allem
in einer solchen gedrängteren Bauweise ist die beschriebene Anordnung auch zur zuverlässigen
Abfrage der Impulse in einem Hobelradkasten einsetzbar. Dabei kann durch Verwendung
von zwei Impulsgeneratoren 1 und/oder zwei Permanentmagneten auch eine geeignete
Diskriminatorschaltung gebildet werden, die neben einer Impulszählung auch die Umlaufrichtung
eines umlaufenden Teils bestimmt.
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Bei geeigneter Auslegung des Impuls gebers 1 kann dieser auch auf
unterschiedliche Abstände gegenüber dem oder den Permanentmagneten 2 ansprechen,
so daß auch umlaufende unebene Gegenstände zuverlässig abgefragt werden können.
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