DE2922596C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Schlupf- und Einschaltüberwachung von Transportbändern oder anderen Fördergeräten, 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.

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 von einem an der abzufragenden Bandrolle stirnseitig befestigten Eisenplättchen bei jedem Vorbeilauf verstimmt bzw. gedämpft wird. 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 6 mm 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. 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.

Aus dem DE-GM 72 01 062 ist eine Überwachungseinrichtung ähnlicher Art für Gurtbandförderer bekannt. Dabei sind zur Vermeidung von Beschädigungen oder Störungen der Überwachungseinrichtung infolge Verschmutzung der Förderbandanlage sowohl der Näherungsinitiator als auch die diesen periodisch betätigende Schaltfahne im Inneren der Gurtband-Umkehrtrommel angeordnet. Die Schaltfahne ist mit der umlaufenden Trommel verbunden, während der Näherungsinitator auf einer feststehenden Trommelachse befestigt ist. Die Versorgung des Näherungsinitiators mit elektrischer Energie erfolgt mit Hilfe einer die feststehende Trommelachse durchdringenden elektrischen Leitung. Bei dieser bekannten Überwachungseinrichtung kann zwar ein konstanter Abstand zwischen Näherungsinitiator und vorbeilaufender Schaltfahne bereits herstellerseitig voreingestellt werden; jedoch ist der Herstellungs- und Montageaufwand der Umkehrtrommel mit integriertem Näherungsinitiator erheblich. Ein nachträglicher Einbau der bekannten Überwachungseinrichtung in eine vorhandene Umkehrtrommel ist schwer zu realisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie einerseits einen störungsfreien Betrieb bei wesentlich vergrößerten Schaltabstandstoleranzen gewährleistet und andererseits mit geringem Aufwand einzurichten, nachzurüsten und zu warten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei geeigneter Wahl des das Auslöselement bildenden Permanentmagneten ist ein störungsfreier und zuverlässiger Betrieb des Impulsgebers innerhalb eines vergleichsweise großen Schaltabstandes zwischen dem Magneten und dem stationär neben der Bewegungsbahn des Magneten an einem geeigneten Maschinenbauteil angeordneten Impulsgeber gewährleistet. Durch die Verwendung einer Induktionsspule mit Eisenkern ergibt sich selbst bei relativ großen Schaltabständen eine besonders hohe Empfindlichkeit des Impulsgebers auf den Vorbeilauf des Permanentmagneten und ein entsprechend hoher Kopplungsgrad. Kopplungsgrad und induzierte Spannung ändern sich proportional zum Abstand zwischen Permanentmagnet und Induktionsspule bzw. deren Eisenkern. Sie sind extrem hoch bei gegen Null gehendem Schaltabstand und entsprechend niedrig bei dem auslegungsbedingten Maximalabstand. Um die Signalverarbeitung von dem Abstand zwischen Permanentmagneten und Eisenkern der Induktionsspule im wesentlichen unbeeinflußt zu machen, sieht die Erfindung besondere Begrenzungsmittel vor. Mit deren Hilfe wird die durch den Permanentmagneten in der Induktionsspule induzierte Spannung auf den für die Auswertung geeigneten Wert begrenzt. Dieser Wert kann unter Umständen genau derjenige Spannungswert sein, der sich bei einem Maximalabstand zwischen den beiden durch magnetische Induktion zusammenwirkenden Komponenten ergibt. Dieser maximale Schaltabstand kann 100 mm betragen.

Die Erfindung räumt daher die bekannten Anordnungen gleicher Gattung anhaftenden Probleme des genauen Einrichtens des Impulsgebers in dessen Halterung und des Nachrichtens bei größerem Axialspiel der den Magneten tragenden Bandrolle aus, und zwar ohne dadurch den baulichen und wartungsmäßigen Aufwand zu erhöhen. 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 der Sollstelle beispielsweise 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. Der Schaltabstand kann jedoch wegen der wesentlich erhöhten Empfindlichkeit der Anordnung um ein Mehrfaches größer gemacht werden als bisher.

Darüberhinaus 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.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Mittel zur Begrenzung der Spulenausgangsspannung zwei antiparallel geschaltete Dioden parallel zum Ausgang der Induktionsspule angeordnet sind und daß ein Anschluß der Induktionsspule an einen Signaleingang eines 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.

Um dem Operationsverstärker zwei unterschiedliche Betriebsspannungen zur Verfügung 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 begrenzten Betriebsspannung liegt. Die stabilisierte und begrenzte Betriebsspannung kann dem Impulsgeber über ein herkömmlich ausgebildetes Auswertegerät zugeführt werden.

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.

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.

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 des 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 Schwierigkeiten möglich ist.

Die zum Impulsgeber gehörigen elektrische 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 Mittelachse 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. 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.

An der der Platine 13 gegenüberliegenden Seite der Gehäusezwischenwand 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. Eine im Ausgangszweig des Impulsgebers 1 angeordnete Leuchtdiode LED ist in der Kunstharzmasse teilweise eingegossen. Sie ergibt eine durch die transparente Rückplatte 20 wahrnehmbare Sichtanzeige bei jedem vom Impulsgeber 1 während des Vorbeilaufens des Permanentmagneten 2 entwickelten Impulssignal.

Die elektrische Anordnung des Impulsgebers 1 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Die aus dem Auswertegerät abgeleitete eigensichere Betriebsspannung wird über die mit + und - bezeichneten Anschlüsse in die Schaltung eingegeben und durch eine Zehnerdiode Z auf die geeignete Amplitude begrenzt. Der Signalausgang des Impulsgebers 1 liegt an der Anschlußklemme T.

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.

Die stabilisierte und begrenzte Betriebsspannung (im beschriebenen Ausführungsbeispiel 12 V) liegt über eine Spannungsteilerschaltung aus zwei gleichgroßen Widerständen R₃ und R₄. 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 OP 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 OP auf in der Spule 15 induzierte Spannungen einzustellen.

Mit Hilfe eines mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP verbundenen Trimmpotentiometers R₅ kann der Ruhezustand des Operationsverstärkers OP bei nicht erregter Spule 15 eingestellt werden. Zur Temperaturstabilisierung dieses Ruhezustands ist mit dem Trimmpotentiometer eine Diode D₄ in Reihe geschaltet. Diese gewährleistet einen einwandfreien Betrieb der beschriebenen Anordnung auch bei erhöhten Temperaturen von etwa 70°C.

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.

Bei einem in der Praxis realisierten Ausführungsbeispiel der Schaltung gemäß Fig. 3 wurden die folgenden Schaltungskomponenten verwendet:

D₁, D₂, D₃
- Siliziumdioden Typ 1N4148
R₁	- 1 kΩ ¼ W
R₂	- 560 kΩ ¼ W
R₃, R₄	- 470 Ω ¹/₃ W
R₅	- Trimmpotentiometer 5 kΩ
D₄	- Germaniumdiode Typ OA 72
C₁	- Tantalkondensator 22 µF 35 V
Z	- Zenerdiode Typ TPD 12
LED	- Leuchtdiode 5 mm rot
OK	- Oktokoppler Typ CNY 17
OP	- Operationsverstärker Typ µA 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.

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 OK.

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.

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.

Bei geeigneter Auslegung des Impulsgebers 1 kann dieser auch auf unterschiedliche Abstände gegenüber dem oder den Permanentmagneten 2 ansprechen, so daß auch umlaufende unebene Gegenstände zuverlässig abgefragt werden können.

Claims (7)

1. Anordnung zur Schlupf- und Einschaltüberwachung von Transportbändern oder anderen Fördergeräten, insbesondere für Gruppenbetriebe, 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, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (1) eine Induktionsspule (15) als Fühler aufweist und das Auslöseelement als Permanentmagnet (2) ausgebildet ist, dessen Bewegungsbahn in solchem Abstand von der Induktionsspule (15) angeordnet ist, daß sein Kraftlinienfeld beim Vorbeilauf an der Induktionsspule (15) eine dem Impulsgeber (1) zum Auslösen eines Impulssignals ausreichende Spannung induziert, daß die Induktionsspule (15) zur Erhöhung der in ihr induzierten Spannung und damit der Empfindlichkeit des Impulsgebers (1) mit einem Eisenkern versehen ist und daß Mittel (D₁, D₂) zur Begrenzung der Spulenausgangsspannung vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Begrenzung der Spulenausgangsspannung zwei antiparallel geschaltete Dioden (D₁, D₂) parallel zum Ausgang der Induktionsspule (15) angeordnet sind und daß ein Anschluß der Induktionsspule (15) an einen Signaleingang eines Operationsverstärkers (OP) angeschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Anschluß der Induktionsspule (15) an Masse und an eine Mittelanzapfung einer symmetrischen Spannungsteilerschaltung (R₃, R₄) angeschaltet ist und daß der Operationsverstärker (OP) parallel zu der Spannungsteilerschaltung (R₃, R₄) an einer stabilisierten und begrenzten Betriebsspannung liegt.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang des Operationsverstärkers (OP) über eine Diode (D₃) mit einem Optokoppler (OK) verbunden ist, dessen impulsförmige Ausgangssignale dem Auswertegerät zugeführt werden.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (C₁) zum Eingang des Optokopplers (OK) parallel geschaltet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trimmpotentiometer (R₅) zur Einstellung des Ruhezustands an einen Ausgang des Operationsverstärkers (OP) angeschaltet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von Temperatureinflüssen eine Diode (D₄) mit dem Trimmpotentiometer (R₅) in Reihe geschaltet ist.