DE602004006459T2

DE602004006459T2 - Verfahren und Vorrichtung zum überwachen des Verschleisses von Kettengliedern

Info

Publication number: DE602004006459T2
Application number: DE602004006459T
Authority: DE
Inventors: Christopher James Lodge
Original assignee: Renold PLC
Current assignee: Renold PLC
Priority date: 2003-04-05
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: GB2400090B; EP1464919B1; US6851546B2; ATE362608T1; GB2400090A; GB0307981D0; EP1464919A1; US20040226805A1; DE602004006459D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Kettenverschleiß.
Kettenantriebseinheiten werden in vielen Anwendungen wie beispielsweise in Förderersystemen von Herstellungs-Fertigungsstraßen, in Transportsystemen wie Rolltreppen, Aufzügen oder Freizeitfahrten (Achterbahnen usw.) und in internen Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge verwendet. In vielen Anwendungen werden mehrere Kettenstränge in einer einzelnen Antriebseinheit verwendet.
Eine Kettenantriebseinheit umfasst gewöhnlich mindestens eine Endlosschleifen-Kette, die um voneinander entfernten Rädern verläuft, von denen eines drehend angetrieben wird, um die Kette und damit verbundene Elemente umlaufen zu lassen. Eine Kette umfasst gewöhnlich eine Vielzahl von Kettengliedereinheiten, die durch Bolzen verbunden sind, die durch überlappende Öffnungen in angrenzenden Gliedereinheiten verlaufen.
Über eine Nutzungsdauer wird eine Kette Verschleiß durch die Abriebreibung zwischen angrenzenden Gliedereinheiten und zwischen den Bolzen und den Gliedereinheiten ausgesetzt. Dieser Verschleiß resultiert in einer Längung der Kette, und schließlich muss die Kette ersetzt werden, um einen Ausfall der Antriebseinheit zu vermeiden. Die Verschleißrate einer Kette ist von der Art der Antriebseinheit, in der sie vorhanden ist, den Lasten, denen sie ausgesetzt wird, und der Umgebung, in der sie betrieben wird, abhängig. Ausfall kann daher nicht mit einiger Sicherheit vorhergesagt werden, und regelmäßige visuelle Inspektion und/oder manuelle Messung ist erforderlich. Dies ist offensichtlich nicht wünschenswert. Dies ist nicht nur arbeitsintensiv und ungenau, sondern erfordert außerdem, dass der Betrieb der Kettenantriebseinheit vorübergehend unterbrochen wird, was in einer Produktionsumgebung ineffizient ist.
US 5490590 beschreibt ein Kettenverschleiß-Überwachungsgerät, bei dem die Länge eines Abschnitts einer Kette während des regulären Betriebs des Kettenantriebssystems gemessen wird. Das Überwachungsgerät umfasst ein Rad, das in reibschlüssiger Verbindung mit der Kette gebracht wird. Das Rad ist auf einer Welle montiert, die durch eine flexible Kupplung mit einem Umsetzer verbunden ist. Der Umsetzer übersetzt Drehbewegung der Welle in ein elektrisches Signal, das zu einer Steuerung für Verarbeitung weitergeleitet wird. Gleichzeitig wird das Vorhandensein von jedem Kettenglied durch einen Näherungssensor erfasst, wenn es eine vorbestimmte Stelle passiert. Der Sensor erzeugt ein Zählsignal, das zu einer Steuerung für Verarbeitung weitergeleitet wird. Die Steuerung berechnet aus den Abstands- und Zählsignalen eine Abstandsmessung pro vorbestimmter Anzahl von Kettengliedem. Diese Anordnung muss in das Kettenantriebssystem inkorporiert werden und ist anfällig für Ungenauigkeiten, die durch den relativen Schlupf zwischen dem Friktionsrad und der Kette verursacht werden.
Unsere gleichzeitig anhängige UK-Patentanmeldung Nr. GB-A-2377918 beschreibt ein Kettenverschleiß-Überwachungssystem, in dem zwei Näherungssensoren, die in einem festen Abstand voneinander entfernt angeordnet sind, verwendet werden, um das Passieren von Kennzeichnungen zu erfassen, die an einer Kette angebracht sind, die in Betrieb ist. Ein Zeitgeber misst die verstrichene Zeit für eine gegebene Kennzeichnung, um zwischen den zwei Sensoren zu passen, um die Bewegungsgeschwindigkeit der Kette zu bestimmen. Der Zeitgeber misst außerdem die Zeit, die zwischen dem Passieren eines gegebenen Sensors durch eine erste der Kennzeichnungen und dem Passieren eines gegebenen Sensors durch eine zweite der Kennzeichnungen verstreicht. Der Abstand zwischen den Kennzeichnungen kann aus der gemessenen verstrichenen Zeit und der berechneten Geschwindigkeit der Kette berechnet werden. Die Kettenlängung wird dann aus der Differenz zwischen diesem Abstand und dem ursprünglichen Abstand zwischen den Kennzeichnungen berechnet. Dieses Überwachungssystem arbeitet gut, ist aber nur für Anwendungen geeignet, in denen der Kettenantrieb mit einer konstanten Drehzahl arbeitet.
US-A-5291131 beschreibt eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen von Kettenlängung. Ein Paar von Kennzeichnungen wie Stifte oder Zungen sind an der Kette angebracht und zwei Sensoren sind angrenzend an der Kette angeordnet. Die Zeit, die zwischen dem Passieren einer Kennzeichnung zwischen den zwei Sensoren verstreicht, und außerdem die Zeit, die zwischen dem Passieren der ersten und zweiten Kennzeichnung an demselben Sensor verstreicht, werden gemessen. Diese Daten werden verwendet, um die Bewegungsgeschwindigkeit der Kette und ihre Längung zu berechnen.
US-A-5563392 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen und genauen Überwachung von Kettenverschleiß, ohne dass die Kette angehalten werden muss. Ein Paar von Sensoren wird verwendet, um das Vorhandensein und Nichtvorhandensein von aufeinander folgenden Gliedern zu erfassen, während die Kette vorbeiläuft. Die von den Sensoren erzeugten Signale werden verarbeitet und mit vorbestimmten Wert verglichen, um Kettenverschleiß zu erkennen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den vorher erwähnten Nachteil zu beseitigen oder zu mildem und ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur automatischen Überwachung des Verschleißes einer Kette vor Ort bereitzustellen.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur automatischen Überwachung des Verschleißes einer Kette in Operation in einer Kettenantriebseinheit bereitgestellt, umfassend die Schritte des Aufbringen von ersten und zweiten Kennzeichnungen auf der Kette in einem vorbestimmten Abstand auseinander entlang der Länge der Kette, Positionieren eines ersten Sensors angrenzend an der Kette, um mit der Position der ersten Kennzeichnung überein zu stimmen, Positionieren eines zweiten Sensors angrenzend an der Kette, um mit der Position der zweiten Kennzeichnung überein zu stimmen, wobei die Sensoren imstande sind, Signale als Reaktion auf die Detektion der Nähe der Kennzeichnungen zu erzeugen, Operierens der Kettenantriebseinheit derart, dass die ersten und zweiten Sensoren anfangs im Wesentlichen gleichzeitig durch die ersten bzw. zweiten Kennzeichnungen ausgelöst werden, Detektierens von Längung der Kette durch Bestimmung, wenn eine vorbestimmte Zeitverzögerung zwischen dem Auslösen der ersten und zweiten Sensoren durch die jeweiligen Kennzeichnungen vorkommt, Bewegen von mindestens einen der Sensoren, um im Wesentlichen gleichzeitiges Auslösen der Sensoren durch die Kennzeichnungen wiederherzustellen, und Messen der Distanz, um die der Sensor bewegt wird, um die Längungslänge der Kette zu bestimmen.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kettenverschleiß-Überwachungsvorrichtung zur automatischen Überwachung des Verschleißes einer Kette in Operation in einer Kettenantriebseinheit bereitgestellt, die Vorrichtung umfassend: erste und zweite Sensoren, die an einer Stütze montiert sind, erste und zweite Kennzeichnungen, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander entlang der Länge der Kette angeordnet sind, wobei der erste Sensor angrenzend an der ersten Kennzeichnung angeordnet ist und der zweite Sensor angrenzend an der zweiten Kennzeichnung angeordnet ist, die Sensoren jeweils imstande sind, ein Signal als Reaktion auf die Detektion der Nähe einer Kennzeichnung zu erzeugen, Mittel zum Erfassen einer Zeitverzögerung zwischen der Auslösung des ersten Sensors durch die erste Kennzeichnung und der Auslösung des zweiten Sensors durch die zweite Kennzeichnung, wobei mindestens einer der Sensoren zu einer Position bewegbar ist, an der im Wesentlichen gleichzeitiges Auslösen der Sensoren durch die Kennzeichnungen wiederhergestellt ist, Mittel zum Messen der Distanz, um die der Sensor bewegt wird, um die Längungslänge der Kette zu bestimmen.
Spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt nur als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:
1 eine schematische Darstellung der Kettenverschleiß-Überwachungsvorrichtung zeigt, die auf einen Teil einer Kette einer Kettenantriebseinheit angewandt wird;
2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die mit einer Hubkette verwendet wird; und
3 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die mit einer Hubkette verwendet wird.
Zuerst Bezug nehmend auf 1, umfasst die beispielhafte Kettenverschleiß-Überwachungsvorrichtung ein Paar von induktiven oder Hall-Sensoren S₁, S₂, die nahe der Kette 10 in einem festen Abstand d voneinander in der Bewegungsrichtung der Kette (von rechts nach links in 1) angeordnet sind. Der mittlere Abschnitt der Kette ist ausgelassen, damit die Figur auf die Seite passt. Die Sensoren sind an gegenüberliegenden Seiten der Kette angeordnet, wobei einer, S₁, an einer stationären Tragstruktur 11 wie beispielsweise einem Rahmenwerk, das die Kettenantriebseinheit trägt, befestigt ist und der andere, S₂, derart unterstützt ist, dass er in der Längsrichtung der Kette beweglich ist. Die Sensoren S₁, S₂ sind mit einer Steuereinheit 12 verbunden, die die Signale von den Sensoren S₁, S₂ empfängt und verarbeitet und Ausgangssignale erzeugt, die eine visuelle Anzeige 13 und eine Audioeinheit 14 ansteuern.
Die Steuereinheit 12 umfasst konventionelle Signalverarbeitungsschaltungen, einen Zeitgeber, einen Prozessor mit assoziiertem Speicher und eine Ausgangsschaltung zum Ansteuern der visuellen Anzeige 13 und/oder einer Audioeinheit 14.
Die Kette 10 ist mit zwei Kennzeichnungen M₁, M₂ versehen, die aus einem Material bestehen, gegenüber dem die Sensoren empfindlich sind (z. B. magnetische Elemente), und werden anfänglich in dem vorbestimmten Abstand d voneinander entfernt angeordnet. Die Kennzeichnungen M₁, M₂ können einfach an die Kette geklammert oder auf andere Weise direkt oder indirekt daran befestigt werden. Wenn die Kette in Betrieb ist, wird ein elektrisches Signal von jedem Sensor erzeugt, wenn jede Kennzeichnung M₁, M₂ davor passiert, und das Signal wird zur Steuereinheit 12 geleitet. Die Sensoren werden anfänglich so positioniert, dass sie mit der Position der Kennzeichnungen M₁, M₂ übereinstimmen (wie in 1 gezeigt), so dass beide Sensoren S₁, S₂ während der Bewegung der Kette gleichzeitig ausgelöst werden. Das Auslösen der Sensoren kann auf der visuellen Anzeige angezeigt und/oder über den Ausgang der Audioeinheit gehört werden. Wenn der Kettenabschnitt zwischen den Sensoren verschleißt und in der Länge gedehnt wird, besteht eine zeitliche Verzögerung zwischen dem Auslösen der Sensoren S₁, S₂ durch die jeweiligen Kennzeichnungen M₁, M₂. Zu einer ausgewählten Zeit wird die Fehlausrichtung der Sensoren zu den Kennzeichnungen korrigiert, indem die Position des beweglichen Sensors S₂ entweder manuell oder automatisch so angepasst wird, dass die Sensoren wieder gleichzeitig erregt werden. Die Distanz, um die der Sensor S₂ von der anfänglichen Position bewegt werden muss, kann entweder manuell oder automatisch (beispielsweise durch einen Motor) gemessen werden, um die Längung der Kette zu bestimmen.
Im Fall eines vollständig automatisierten Systems vergleicht der Prozessor in der Steuereinheit 12 kontinuierlich den bestimmten Längungswert mit einem Schwellenwert und kann ein akustisches und/oder visuelles Signal erzeugen, um einen Operator zu warnen, wenn der Schwellenwert überschritten wird.
Die Vorrichtung kann verwendet werden, um den Verschleiß von zwei Ketten zu überwachen, die parallel verlaufen, um eine Fördervorrichtung wie beispielsweise eine Rolltreppe anzutreiben. In einer derartigen Anwendung hat jede Kette mindestens zwei Kennzeichnungen und ein Paar von Sensoren, die nahe daran montiert sind. Die Steuereinheit empfängt Signale von beiden Sensoren und ist mit den Parameter für jede Kette im Voraus programmiert. Der Kettenverschleiß wird von der Steuereinheit bei beiden Ketten überwacht. Die Differenz zwischen den zwei berechneten Längungswerten wird bestimmt und mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Wenn dieser Wert überschritten wird, gibt die Steuereinheit ein Signal an den Alarmsignalgenerator aus, und ein entsprechender Alarm ertönt. Dies ist insbesondere wichtig in Fördervorrichtungen wie Rolltreppen, wo ungleicher Verschleiß der beiden Ketten in Schäden der Kettenantriebseinheit oder der Rolltreppe selbst resultieren kann.
Die Ausführungsformen der 2 und 3 veranschaulichen die Verwendung der Vorrichtung zur Verschleißüberwachung in einer Hubkette wie diejenige, die in der Masteinheit eines Gabelstaplers verwendet wird. Die Kette 20 ist über eine Scheibe oder Rolle an der Oberseite der Masteinheit angeordnet. Die beiden abhängigen Kettenstrecken sind jeweils mit einer festen Verankerung und dem Hubrahmen verbunden (die beide nicht in den Figuren dargestellt sind). Wieder sind Abschnitte jeder Kette in den Figuren ausgelassen. In 2 hat die Überwachungsvorrichtung einen festen S₁ und einen beweglichen Sensor S₂ wie in der Ausführungsform von 1, während die Sensoren S₁, S₂ in der Ausführungsform von 3 mit einer gemeinsamen Abstützung 23 verbunden sind, so dass sie zusammen bewegt werden können. In jeder Ausführungsform werden die Sensoren anfänglich so positioniert, dass sie mit der Position der Kennzeichnungen M₁, M₂ übereinstimmen, wie in den Figuren dargestellt. Wenn die Kette sich im Gebrauch dehnt, werden der bewegliche Sensor S₂ oder die Sensoren S₁, S₂ an der gemeinsamen beweglichen Abstützung 23 wie vorher angepasst, um zu gewährleisten, dass die Sensoren S₁, S₂ gleichzeitig erregt werden. Die Distanz der Bewegung wird gemessen, um den Längungswert zu bestimmen, wie vorher beschrieben.
Die Vorrichtung gestattet es, Kettendehnung kontinuierlich zu überwachen, ohne den Antrieb anzuhalten, und unabhängig von der Geschwindigkeit oder dem Drehmoment der Antriebseinheit. Jegliche Interaktion mit oder Anpassung an die Vorrichtung während des Betriebs des Kettenantriebs ist auf diejenigen Teile beschränkt, die nicht mit der Kette 10 oder 20 verbunden sind, und resultieren daher nicht in einer Unterbrechung des Betriebs des Kettenantriebs.
Es ist ersichtlich, dass zahlreiche Abwandlungen an der oben beschriebenen Konstruktion vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist. Beispielsweise kann die Kette mit mehr als zwei Kennzeichnungen versehen und die Kettenlängung für verschiedene Abschnitt der Kette gemessen werden. Ein durchschnittlicher Kettenverschleiß kann von der Steuereinheit aus den gemessenen Werten berechnet werden. Wenn weiterhin ein Vergleich der bestimmten Längungswerte durchgeführt wird, ermöglicht dieses Verfahren die Identifikation eines Kettenabschnitts, der mit einer höheren Rate als andere Abschnitte verschleißt. Außerdem können die Sensoren von jeder geeigneten Art zum Erfassen des Vorhandenseins einer Kennzeichnung sein, z. B. optisch oder auf Lasergrundlage.

Claims

Verfahren zur automatischen Überwachung des Verschleißes einer Kette (10) in Operation in einer Kettenantriebseinheit, umfassend die Schritte des Aufbringen von ersten und zweiten Kennzeichnungen (M₁, M₂) auf der Kette in einem vorbestimmten Abstand auseinander entlang der Länge der Kette, Positionieren eines ersten Sensors (S₁) angrenzend an der Kette, um mit der Position der ersten Kennzeichnung (M₁) übereinzustimmen, Positionieren eines zweiten Sensors (S₂) angrenzend an der Kette, um mit der Position der zweiten Kennzeichnung (M₂) übereinzustimmen, wobei die Sensoren imstande sind, Signale als Reaktion auf die Detektion der Nähe der Kennzeichnungen zu erzeugen, gekennzeichnet durch Operieren der Kettenantriebseinheit derart, dass die ersten und zweiten Sensoren (S₁, S₂) anfangs im Wesentlichen gleichzeitig durch die ersten bzw. zweiten Kennzeichnungen (M₁, M₂) ausgelöst werden, Detektieren von Längung der Kette durch Bestimmung, wenn eine vorbestimmte Zeitverzögerung zwischen dem Auslösen der ersten und zweiten Sensoren durch die jeweiligen Kennzeichnungen vorkommt, Bewegen von mindestens einen der Sensoren zu einer Position, an der im Wesentlichen gleichzeitiges Auslösen der Sensoren durch die Kennzeichnungen wiederhergestellt ist, und Messen der Distanz, um die der Sensor bewegt wird, um die Längungslänge der Kette zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nur einer der Sensoren (S₁, S₂) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beide der Sensoren (S₁, S₂) bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Sensoren (S_i, S₂) zusammen bewegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwei oder mehr parallele Ketten (10) in der Antriebseinheit verwendet werden, weiter umfassend die Schritte des Bestimmens der Längung jeder der Ketten und des Vergleichen der Längung jeder Kette im Verlauf der Zeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter umfassend den Schritt des Vergleichens der bestimmten Längungslänge mit einem vorbestimmten Schwellenwert und des Ausgeben eines Alarmsignals, wenn der berechnete Wert den Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei zwei oder mehr Sätze von ersten und zweiten Sensoren (S₁, S₂) zur Überwachung des Verschleißes von zwei oder mehr Ketten (10) verwendet werden, wobei jede der Ketten mindestens zwei Kennzeichnungen (M₁, M₂) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend den Schritt der Überwachung des Kettenverschleißes an verschiedenen Abschnitten entlang einer Kette durch Verwendung von mehr als zwei Kennzeichnungen (M₁, M₂) und der Bestimmung der Kettenlängung an jeder der verschiedenen Abschnitte entlang der Kette.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend den Schritt des Vergleichens der bestimmten Werte der Kettenlängung an jedem der verschiedenen Abschnitte entlang der Kette und des Ausgeben eines Alarmsignals, wenn ein Abschnitt der Kette (10) schneller verschleißt als ein anderer.
Kettenverschleiß-Überwachungsvorrichtung zur automatischen Überwachung des Verschleißes einer Kette (10) in Operation in einer Kettenantriebseinheit, die Vorrichtung umfassend: erste und zweite Sensoren (S₁, S₂), die an einer Stütze (11) montiert sind, erste und zweite Kennzeichnungen (M₁, M₂), die in einem vorbestimmten Abstand (d) voneinander entlang der Länge der Kette angeordnet sind, wobei der erste Sensor (S₁) angrenzend an der ersten Kennzeichnung (M₁) angeordnet ist und der zweite Sensor (S₂) angrenzend an der zweiten Kennzeichnung (M₂) angeordnet ist, die Sensoren jeweils imstande sind, ein Signal als Reaktion auf die Detektion der Nähe einer Kennzeichnung zu erzeugen, gekennzeichnet durch Mittel zum Erfassen einer Zeitverzögerung zwischen der Auslösung des ersten Sensors (S₁) durch die erste Kennzeichnung und der Auslösung des zweiten Sensors durch die zweite Kennzeichnung, wobei mindestens einer der Sensoren (S₁, S₂) zu einer Position bewegbar ist, an der im Wesentlichen gleichzeitiges Auslösen der Sensoren durch die Kennzeichnungen wiederhergestellt ist, und Mittel zum Messen der Distanz, um die der Sensor bewegt wird, um die Längungslänge der Kette zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Sensor (S₁) fest ist und der andere bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei beide Sensoren (S₁, S₂) bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei beide Sensoren (S₁, S₂) an einer gemeinsamen bewegbaren Stütze befestigt sind, so dass sie zusammen bewegt werden können.