DE4213884A1 - Verfahren und anordnung zum ueberwachen des verschleisses oder der bruchgefahr von blattfedern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Ver­ schleißes oder der Bruchgefahr einer schwingenden elektrisch leitenden Blattfeder.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zum Überwa­ chen des Verschleißes oder der Bruchgefahr einer schwingen­ den elektrisch leitenden Blattfeder.

Schwingende Blattfedern brechen infolge Alterung, inneren Verschleißes oder Brüchen im Bereich von verstärkenden Ein­ lagen wie Kohlefasern oder dgl. nach einer bestimmten Be­ triebszeit. Stützen Blattfedern Maschinenteile ab, so können Brüche zu weiteren Schäden führen.

Man ist daher bestrebt, das Herannahen einer Bruchgefahr schon so frühzeitig zu erkennen, daß die Blattfedern vor dem Bruch ausgetauscht und somit Folgeschäden verhindert werden können. Bei sich nähernder Bruchgefahr verformen sich die Blattfedern, was durch geeignete optische oder elektromagne­ tische Überwachungseinrichtungen erfaßt werden kann. Da die Verformungen jedoch sehr klein sind, ist diese Erfassungsme­ thode aufwendig und nicht sehr zuverlässig. Eine weitere Erfassungsmethode besteht darin, an den Blattfedern selbst Sensoren anzubringen, die dann Signale abgeben, wenn die Blattfeder bricht. Dann können aber die vorerwähnten Schäden schon entstanden sein.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin eine weitere Möglichkeit der Erfassung von Verschleiß oder Bruchgefahr für elektrisch leitende schwingende Blattfedern vorzusehen, durch die auswertbare Signale schon vor dem Bruch selbst gebildet und erfaßt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß ein die Blattfeder durchfließender elektrischer Meßstrom gebildet wird, und daß eine vom Verschleiß oder nahender Bruchgefahr beeinflußte elektrische Größe des Meßstromes er­ faßt wird.

Eine meßtechnisch besonders einfache und zuverlässige Art der Erfassung der elektrischen Größe besteht gemäß einer Weiterbildung der Erfindung darin, den Spannungsabfall an der von dem Meßstrom durchflossenen Blattfeder zu erfassen. Bei Blattfedern, die aus Kunststoff mit eingelagerten elek­ trisch leitenden Verstärkungselementen wie Kohlefasern oder dgl. bestehen, läßt sich der Meßstromfluß durch die Blattfe­ der gemäß der Erfindung auf vorteilhafte Art dadurch reali­ sieren, daß die Blattfeder an einer ersten Seite mit zwei elektrisch voneinander isolierter Kontakten und an der zwei­ ten gegenüberliegenden Seite mit einem Kontakt versehen wird; der elektrische Meßstrom kann dann von einem ersten Kontakt der ersten Seite der Blattfeder zu dem Kontakt der gegenüberliegenden Seite der Blattfeder und von da zu dem zweiten Kontakt der ersten Seite fließen.

Besteht eine Blattfeder aus Metall, z. B. aus Eisen oder Stahl, so kann die Blattfeder in weiterer Ausgestaltung der Erfindung an einer Seite mit zwei elektrisch voneinander isolierten Kontakten versehen sein; zwei Blattfederbereiche werden über einen Teil der Längserstreckung der Blattfeder elektrisch derart isoliert, daß der elektrische Strom von einem Kontakt über einen Teil der Blattfederlänge zunächst in einer Richtung und danach in der anderen Richtung zu dem anderen Kontakt fließt.

Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung Blattfe­ dern auf gegenüberliegenden Seiten mit Kontakten zu verse­ hen und den Meßstrom von einem Kontakt zum anderen Kontakt durch die Blattfeder fließen zu lassen.

Die Erfassung der elektrischen Größe kann vorteilhaft da­ durch erfolgen, daß der Absolutwert erfaßt wird. Weicht der Absolutwert um einen bestimmten Betrag von einem Sollwert ab, so kann ein Warn- und/oder Abschaltsignal gebildet wer­ den. Eine andere Möglichkeit der Erfassung der elektrischen Größe besteht darin, daß zeitliche Änderungen erfaßt werden, ggf. zusätzlich zu der Erfassung des Absolutwertes.

Die eingangs genannte Anordnung ist gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle, die mit Kontakten an der Blattfeder verbunden ist derart, daß ein elektrischer Meßstrom die Blattfeder durchfließt, und daß eine Meßanordnung zum Er­ fassen einer vom Verschleiß oder nahender Bruchgefahr beein­ flußten elektrischen Größe des Meßstromes vorgesehen ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den untergeord­ neten Ansprüchen zu entnehmen.

Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt in der Erfas­ sung des Verschleißes oder der Bruchgefahr einer Blattfeder aus Kunststoff mit eingelegten Kohlefasern, die an einem Ende eingespannt ist und eine mit einem Kurbeltrieb verbun­ dene Schubstange abstützt, an der eine Strangführung ange­ ordnet ist, die einen endlosen Strang der tabakverarbeiten­ den Industrie während des Durchtrennens mit einem Messer zum Bilden von Strangabschnitten abführt. Wenn derartige Blatt­ federn unversehens brechen, so kann der Schneidapparat einer im Strangverfahren arbeitenden Herstellmaschine für Zigaret­ ten, Zigarren oder Filterstäbe schwere Schäden erleiden, so daß die Anwendung der Erfindung gerade bei derartigen Schneidapparaten besonders vorteilhaft ist.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine aus Kunststoff mit eingelagerten Kohlefasern bestehende Blattfeder, die mit Kontakten zum Durchleiten eines elektrischen Meßstromes versehen ist,

Fig. 2 eine aus Metall bestehende Blattfeder, die mit Kontakten zum Durchleiten eines elektrischen Meßstromes versehen ist,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zum Erfassen einer vom Verschleiß oder der Bruchgefahr beeinflußten elektrischen Größe des eine Blattfeder durchflie­ ßenden Meßstromes,

Fig. 4 ein Diagramm der nach Fig. 3 erfaßten elektri­ schen Größe über der Zeit,

Fig. 5 eine bevorzugte Anwendung der Überwachungsanord­ nung bei Blattfedern zum Abstützen einer eine Strangführung antreibenden Schubstange in einer Maschine zum Herstellen von stabförmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie.

In Fig. 1 ist eine Blattfeder 1 dargestellt, die Löcher 2, 3 zum Einspannen bzw. Befestigen eines Maschinenteils auf­ weist. Die Blattfeder 1 besteht aus einem CFK-Material, d. h. aus einem Kunststoff, z. B. Epoxydharz, in das elektrisch leitende Verstärkungselemente, z. B. Kohlefasern, eingela­ gert sind, die einen elektrischen Strom entsprechend ihrer Längserstreckung leiten können. An einer ersten Schmalseite 4 sind zwei elektrisch voneinander isolierte Kontakte 6 und 7 angebracht. An der zweiten Schmalseite 8 ist ein weiterer Kontakt 9 angebracht. Die Kontakte 6, 7 und 9 stehen mit den elektrisch leitenden Kohlefasern in leitender Verbindung. Ein von einer nicht dargestellten Stromquelle über den Kon­ takt 6 zugeleiteter Meßstrom fließt entsprechend Pfeil 11 zu dem Kontakt 9 und von da entsprechend Pfeil 12 zu dem Kontakt 7. Tritt im Zuge der Alterung der Blattfeder 1 Ver­ schleiß auf oder brechen im Vorfeld eines Federbruchs ein­ zelne Kohlefasern, so erhöht sich der Ohmsche Widerstand im Strompfad, was mittels einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 erfaßt wird.

Fig. 2 zeigt eine Blattfeder 14 aus Metall, z. B. aus Eisen oder Stahl, die mit Löchern 16, 17 und 18 zum Einspannen bzw. Befestigen eines Maschinenteils versehen ist. Die Blatt­ feder 14 ist auf der ersten Schmalseite 19 mit zwei vonein­ ander isolierten Kontakten 21 und 22 versehen. Sie weist einen Einschnitt 23, der auch als Isolierstreifen ausgebil­ det sein kann, auf. Ein von einer nicht dargestellten Strom­ quelle über den Kontakt 21 zufließender Strom fließt entspre­ chend Pfeil 24a zunächst in Längsrichtung der Blattfeder 14 und danach in umgekehrter Richtung entsprechend Pfeil 24b zu dem Kontakt 22. Treten im Zuge der Alterung der metalli­ schen Blattfeder 14 kleinere Leitungsbrüche quer zur Lei­ tungsrichtung auf, so kommt es zu Widerstandserhöhungen, die durch eine Meßanordnung entsprechend Fig. 3 erfaßt und zu einem Warn- oder Abschaltsignal führen können.

Fig. 3 zeigt eine Meßanordnung 26 zum Erfassen einer von dem Zustand der Blattfeder 1, 14 beeinflußten elektrischen Größe des durch eine Blattfeder fließenden Meßstromes. Die elektrische Größe wird als Absolutwert des Ohmschen Wider­ standes der Blattfeder erfaßt, die von dem von einer elek­ trischen Konstant-Stromquelle 27 abgegebenen Meßstrom durch­ flossen wird. Ein als Operationsverstärker ausgebildeter Komparator 28 gibt ein Ausgangssignal an ein Schaltglied 29 ab, das bei Überschreiten eines bestimmten Widerstandswertes, d. h. Unterschreiten einer bestimmten Meßstromstärke, ein Warnsignal oder ein Abschaltsignal für eine die Blattfeder­ schwingungen verursachende Maschine abgibt. Durch die Wider­ stände 30 und 31 wird der erlaubte Maximalwert des Widerstan­ des an der Blattfeder eingestellt. Die Stromquelle dient zur Erzeugung einer Spannungsreferenz für den Komperator 28, so daß der Widerstand direkt als Spannungsgröße erfaßbar ist. Anstelle des oder zusätzlich zu dem dem Absolutwert entspre­ chenden Signal kann mittels eines Differentialverstärkers 33 ein Signal gebildet werden, das zeitlichen Änderungen des Ohmschen Widerstands der Blattfeder 1, 14 infolge Alterung, d. h. zum Beispiel infolge feiner Strukturbrüche, entspricht. Ein nachgeschaltetes Schaltglied 29 gibt ein Warn- oder Ab­ schaltsignal ab, wenn die Änderungen/Zeiteinheit eine vorge­ gebene Größe überschreiten.

Mit 20 sind Ohmsche Widerstände, mit 25 Kondensatoren be­ zeichnet. Die Dimensionierung der Widerstände und der Kon­ densatoren hängt von der Art der Blattfeder und von der Applikation ab.

Fig. 4 zeigt den Verlauf der Spannung U über der Zeit t.

Im Bereich B ist die Spannung U konstant, d. h. daß keine Änderung des eingeschwungenen Zustands der Schaltung nach Fig. 3 infolge einer Änderung des Ohmschen Widerstandes wegen Alterung der Blattfeder eingetreten ist. Bei C ist ein erster Abfall der Spannung U (und damit ein Ansteigen des Ohmschen Widerstandes) ersichtlich, der auf gefährlichen Verschleiß und herannahende Bruchgefahr der Blattfeder schließen läßt. Bei D ist ein weiterer Abfall der Spannung U ersichtlich, die bei E infolge eines Federbruchs schnell auf Null zurückgeht.

Fig. 5 zeigt eine Strangführung 43 mit dem zugehörigen An­ triebsmittel einer Zigarettenstrangmaschine, von der die USA-PS 5 050 471 weitere Einzelheiten beschreibt. Die von einer Blattfeder 1 gestützte Strangführung 43 bildet einen bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung.

Zwei Schneidtuben 44 und 46, die die Strangführung 43 bil­ den, erstrecken sich mit ihrem Führungskanal, der etwas größer ist als der Durchmesser des Zigarettenstranges S, koaxial zur Strangrichtung gemäß dem Pfeil 48. Zwei Schneid­ tuben 44 und 46 sind im Abstand zueinander angeordnet, so daß zwischen ihnen ein Spalt 49 zum Eingriff eines als ro­ tierendes Sichelmesser ausgebildeten Schneidmessers 51 des Messerapparates 31 verbleibt. Von dem Sichelmesser werden aufeinanderfolgend einzelne Strangstücke 32, z. B. Zigaret­ ten, Zigarren oder Filterstäbe, von dem endlosen Strang S abgeschnitten.

Die beiden Schneidtuben 44 und 46 der Strangführung 43 sind fest mit dem freien Ende bzw. dem Kopf 56 einer Schubstange 57 verbunden, die ihrerseits mit einem Kurbeltrieb 58 in Form eines an einer Scheibe 59 exzentrisch gelagerten Kur­ belzapfens 61 in Verbindung steht. Der Kurbeltrieb 58 ist synchron mit einem Messerapparat 31 angetrieben. Ein mit einem Gehäuse 62 verkleideter, das Messer 51 tragender Mes­ serträger 63 ist in bekannter Weise kardanisch gelagert, und zwar derart, daß das Messer 51 während des Schneidvorganges, bei dem es zwischen die Schneidtuben 44 und 46 hindurchge­ führt wird, eine Bewegungskomponente in Förderrichtung des Zigarettenstranges S (Pfeil 48) aufweist, die in ihrer Ge­ schwindigkeit gleich der Zigarettenstranggeschwindigkeit ist. Der Antrieb der Strangführung 43 ist auf den Messerap­ parat 31 derart abgestimmt, daß die Strangführung 43 während des Schneidvorganges in Richtung von Pfeil 48 mit einer Ge­ schwindigkeit angetrieben wird, die gleich der Förderge­ schwindigkeit des Zigarettenstranges S ist.

Die Schubstange 57 ist darüber hinaus mit einer einarmigen, d. h. bezogen auf die Längsrichtung des Stranges sich nur an einer einzigen Stelle der Schubstange 57, nämlich am Schub­ stangenkopf 56, abstützenden Blattfederabstützung 64 verse­ hen. Diese weist eine einerseits am Schubstangenkopf 56 fest eingespannte und andererseits an einem unterhalb der Strang­ ebene vorgesehenen ortsfesten Stützlager 66 fest eingespann­ te Blattfeder 1 aus CFK-Material (Epoxydharz mit eingelager­ ten Kohlefasern) auf.

Infolge der dauernden Biege-Wechselschwingungen der Blattfe­ der 1 kann diese plötzlich brechen, wodurch die Abstützung 64 schlagartig ihre Funktion verliert, so daß die exakte Be­ wegung der Strangführung 43 nicht mehr gewährleistet ist. Das Schneidmesser 51 kann dann mit großer Geschwindigkeit auf eine der Schneidtuben 44, 46 auftreffen, was größere Schäden an der Strangführung 43 und dem Messerapparat 31 verursachen kann. Ist die Blattfeder 1 mit Kontakten 6, 7 und 9 entsprechend Fig. 1 versehen und in eine Meßanord­ nung 26 entsprechend Fig. 3 geschaltet, so kann das bei sich nähernder Bruchgefahr abgegebene Überwachungssignal die Bedienungsperson zum Stillsetzen der Maschine veranlassen.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Signal die auto­ matische Stillsetzung der Maschine auslösen.

Claims (13)

1. Verfahren zum Überwachen des Verschleißes oder der Bruch­ gefahr einer schwingenden elektrisch leitenden Blattfeder, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Blattfeder durchfließen­ der elektrischer Meßstrom gebildet wird, und daß eine vom Verschleiß oder nahender Bruchgefahr beeinflußte elektrische Größe des Meßstromes als Spannungsänderung erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Größe des Meßstromes der Spannungsabfall an der von dem Meßstrom durchflossenen Blattfeder erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine aus Kunststoff mit eingelagerten elek­ trisch leitenden Verstärkungselementen wie Kohlefasern bestehende Blattfeder an einer ersten Seite mit zwei elek­ trisch voneinander isolierten Kontakten und an einer zweiten gegenüberliegenden Seite mit einem Kontakt versehen wird derart, daß ein elektrischer Meßstrom von einem ersten Kon­ takt der ersten Seite zu dem Kontakt der gegenüberliegenden zweiten Seite und von da zu dem zweiten Kontakt der ersten Seite fließt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine aus metallischem Material wie Eisen oder Stahl bestehende Blattfeder an einer Seite mit zwei elek­ trisch voneinander isolierten Kontakten versehen wird und daß die Blattfeder über einen Teil ihrer Länge elektrisch derart isoliert wird, daß der elektrische Meßstrom von einem Kontakt über einen Teil der Blattfederlänge zunächst in ei­ ner Richtung, danach in der anderen Richtung zu dem anderen Kontakt fließt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutwert der elektrischen Größe erfaßt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zeitliche Änderungen der elektrischen Größe erfaßt werden.

7. Anordnung zum Überwachen des Verschleißes oder der Bruch­ gefahr einer schwingenden elektrisch leitenden Blattfeder, gekennzeichnet durch eine Konstant-Stromquelle (27), die mit Kontakten (6, 7; 21, 22) an der Blattfeder (1, 14) verbunden ist derart, daß ein elektrischer Meßstrom die Blattfeder durchfließt, und daß eine Meßanordnung (26) zum Erfassen ei­ ner von Verschleiß oder nahender Bruchgefahr beeinflußten elektrischer Größe des Meßstromes als Spannungsänderung vor­ gesehen ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine den Spannungsabfall des die Blattfeder (1, 14) durchfließenden Stromes erfassende Meßanordnung (26).

9. Anordnung nach Anspruch 7 und/oder 8, gekennzeichnet durch eine den Absolutwert der elektrischen Größe erfassende Meßanordnung (28).

10. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine zeitliche Änderung der elek­ trischen Größe erfassende Meßanordnung (33).

11. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus metallischem Mate­ rial wie Eisen oder Stahl bestehende Blattfeder an einer Seite (19) mit zwei elektrisch voneinander isolierten Kon­ takten (21, 22) versehen ist, und daß die Blattfeder (14) über einen Teil ihrer Länge elektrisch derart isoliert wird, daß der elektrische Strom von einem Kontakt (21) über einen Teil der Blattfederlänge zunächst in einer Richtung (24a) und danach in der entgegengesetzten Richtung (24b) zu dem anderen Kontakt (22) fließt.

12. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Kunststoff mit ein­ gelagerten elektrisch leitenden Verstärkungselementen wie Kohlefasern bestehende Blattfeder (1) an einer ersten Seite (4) mit zwei elektrisch voneinander isolierten Kontakten (6, 7) und an der zweiten gegenüberliegenden Seite (8) mit einem Kontakt (9) versehen ist derart, daß ein elektrischer Meß­ strom von einem ersten Kontakt (6) der ersten Seite (4) zu dem Kontakt (9) der gegenüberliegenden Seite (8) und von da zu dem zweiten Kontakt (7) der ersten Seite fließt.

13. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (1) an einem Ende (4, 66) eingespannt ist und eine mit einem Kurbeltrieb (58) verbundene Schubstange (57) abstützt, an der eine Strangführung (43) angeordnet ist, die einen endlosen Strang (S) der tabakverarbeitenden Industrie während des Durchtren­ nens zum Bilden von Strangabschnitten (32) führt.