WO2019072462A1

WO2019072462A1 - Mobile vorrichtung zum erfassen der zustands- und betriebsparameter von schwingmaschinen, damit ausgerüstete schwingmaschine sowie verfahren zum erfassen der betriebs- und zustandsparameter von schwingmaschinen

Info

Publication number: WO2019072462A1
Application number: PCT/EP2018/074146
Authority: WO
Inventors: Jan Schaefer; Roland JOPSKI; Viktor RAIS; Dino BOHRMANN; Harald Dittrich
Original assignee: Schenck Process Europe Gmbh
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2019-04-18
Also published as: US20200240870A1; AU2018348907B2; BR112020004376A2; CN111247411A; AU2018348907A1; CL2020000605A1; CA3088427A1; CN111247411B; ZA202001136B; CA3088427C; DE102017009373B3; BR112020004376B1; RU2730716C1

Abstract

Bei einer mobilen Vorrichtung zum Erfassen der Zustands- und Betriebsparameter von Schwingmaschinen (1) mit Sensoreinheiten (26', 26", 26"') und einer mit den Sensoreinheiten (26', 26", 26"') verbundenen Auswerteeinheit (29), wobei die von den Sensoreinheiten (26', 26", 26"') erfassten Messdaten kabellos an die Auswerteeinheit (29) übermittelbar sind, und wobei jede Sensoreinheit (26', 26", 26"') ausgestattet ist mit mindestens drei orthogonal zueinander ausgerichteten Beschleunigungssensoren und einer integrierten Schaltung zur Bearbeitung der von den Sensoreinheiten (26', 26", 26"') erfassten Messdaten, ist vorgesehen, dass mindestens vier Sensoreinheiten (26', 26", 26"') ein Sensornetzwerk bilden, wobei die Sensoreinheiten (26', 26", 26"') in gegenseitigem Abstand mit unbestimmter Orientierung/Ausrichtung an der Schwingmaschine (1) lösbar befestigbar sind, und durch die mindestens drei Beschleunigungssensoren einer Sensoreinheit (26', 26", 26"') ein lokales Koordinatensystem X1, Y1, Z1 definiert ist, auf dessen Raumachsen die in einer Sensoreinheit (26', 26", 26"') erfassten lokalen Messdaten bezogen sind, und jede Sensoreinheit (26', 26", 26"') einen Schwerkraftsensor zur Erfassung der Orientierung/Ausrichtung des lokalen Koordinatensystems X1, Y1, Z1 im Raum besitzt, und die Auswerteeinheit (29) eine Einrichtung zur Transformation der lokalen Messdaten in ein übergeordnetes einheitliches Koordinatensystem X0, Y0, Z0 unter Berücksichtigung der Messdaten des Schwerkraftsensors aufweist.

Description

Mobile Vorrichtung zum Erfassen der Zustande- und Betriebsparameter von Schwingmaschinen, damit ausgerüstete Schwingmaschine sowie Verfahren zum Erfassen der Betriebs- und Zustandsparameter von Schwingmaschinen

Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung zum Erfassen der Zustands- und Betriebsparameter von Schwingmaschinen gemäß dem Oberbegriff des

Patentanspruchs 1 , ferner eine damit ausgerüstete Schwingmaschine gemäß Patentanspruch 13 sowie ein Verfahren zum Erfassen der Betriebs- und

Zustandsparameter von Schwingmaschinen gemäß Patentanspruch 14.

Schwingmaschinen der genannten Art sind als beispielsweise als Schwingsiebe, Schwingförderer, Schwingtrockner und dergleichen, aber auch als belagerregte Siebe wie zum Beispiel Spannwellensiebe bekannt. Sie kommen unter anderem bei der kontinuierlichen Aufbereitung von Schüttgütern zum Einsatz und zeichnen sich durch eine Betriebsart auszeichnen, bei der die zur Funktionserfüllung notwendigen Strukturkomponenten vorbestimmten Schwingungen unterworfen werden, durch deren Einwirkung auf das Schüttgut das gewünschte Prozessergebnis erreicht wird. So werden beispielsweise die Siebbeläge von Schwingsieben in eine

Dauerschwingbewegung versetzt, die den Siebvorgang bewirkt und verstärkt. Bei Spannwellensieben wird der Siebvorgang durch ein alternierendes Stauchen und Spannen des Siebbelags ausgeführt. Durch Aufbringen einer gerichteten

Schwingbewegung ist es möglich Schüttgüter mit oder ohne gleichzeitigem

Siebvorgang zu fördern. Das Einsatzgebiet von Schwingmaschinen reicht vom Sieben körnigen Schüttguts bis zum Fördern und Sieben von Erzen, Kohle, Edel- und Grundmetallen. Letzteres setzt entsprechend große und robuste

Masch inen konstruktionen voraus.

Aufgrund ihrer dynamischen Betriebsart sind Schwingmaschinen einer

Dauerschwingbelastung ausgesetzt, was einen erhöhten Verschleiß mit sich bringt und in der Folge die Standzeiten von Maschinenteilen und Maschinenkomponenten verkürzt. Besonders davon betroffen sind die unmittelbar mit dem Schüttgut in Kontakt kommende Bauteile, sowie deren Lager- und Antriebskomponenten. Um einem Totalausfall einer Schwingmaschine infolge Bauteilversagen und damit einer Unterbrechung des Produktionsprozesses vorzubeugen, werden Schwingmaschinen während des Betriebs intensiv überwacht. Ziel dabei ist es, die Zustands- und Betriebsparameter einer Schwingmaschine in vorgegebenen Zeitintervallen zu erfassen und auszuwerten, um ein bevorstehendes Versagen von Bauteilen und/oder Komponenten frühzeitig zu erkennen und gegebenenfalls rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.

Eine in diesem Zusammenhang bewährte Vorrichtung ist aus der WO 2015/1 17750 A1 bekannt. Dort ist eine Schwingmaschine mit einem federnd gelagerten

Schwingkörper und einem auf den Schwingkörper einwirkenden Richterreger beschrieben. Zur Überwachung des Schwingverhaltens der Schwingmaschine ist eine Vorrichtung mit einem Inertialsensor zur Erfassung der Beschleunigung des Richterregers sowohl in den Raumachsen als auch um die Raumachsen

vorgesehen. Unter der Annahme, dass eine Schwingmaschine als Starrkörper zu betrachten ist, werden aus den Messwerten mithilfe einer Auswerteeinheit

Erkenntnisse über Schwingfrequenz, Schwingungsamplitude und Schwingungsform gewonnen, auf deren Basis auf den Zustand der Schwingmaschine rückgeschlossen wird.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, durch

differenziertes Erfassen des Schwingungsverhaltens von Schwingmaschinen einen möglichst weitergehenden Aufschluss über den Zustand der Schwingmaschine zu erhalten. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Messvorgang zu vereinfachen und zu verkürzen.

Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 1 , einer Schwingmaschine mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 13 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 14 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Patentansprüchen.

In Abkehr vom Stand der Technik, der bei der Analyse des Schwingverhaltens von einem Starrkörperverhalten der Schwingmaschine ausgeht, liegt der Grundgedanke der Erfindung in einer örtlich differenzierten Erfassung des Schwingverhaltens über alle relevanten Bereiche der gesamten Schwingmaschine. Zu diesem Zweck werden mindestens vier ein Sensornetzwerk bildende Sensoreinheiten an geeigneten Stellen an einer Schwingmaschine befestigt und über Funk mit einer Auswerteeinheit verbunden. Während eines Messvorgangs werden in jeder Sensoreinheit die

Zustands- und Betriebsparameter bezogen auf das durch die jeweilige Sensoreinheit bzw. deren Beschleunigungssensoren definierte lokale Koordinatensystem Xi, Yi, Zi gemessen, an die Auswerteeinheit übermittelt und dort auf ein übergeordnetes einheitliches Koordinatensystem Xo, Yo, Zo transformiert. Die zur Transformation notwendigen Informationen über die Orientierung der einzelnen Sensoreinheiten im Raum ergeben sich aus der Lage der Schwingebene, die sich im Maschinenbetrieb einstellt, und aus den Neigungsmessungen der Schwerkraftsensoren der

Sensoreinheiten. Eine Auswertung erfolgt dann auf Basis der transformierten

Messdaten, aus denen Zustands- und Betriebsparameter wie Schwingfrequenz, Schwingweite und Schwingwinkel abgeleitet werden.

Daraus ergibt sich zunächst als Vorteil, dass bei der Installation einer

erfindungsgemäßen mobilen Vorrichtung die Sensoreinheiten mit beliebiger

Orientierung im Raum und beliebiger relativen Lage zur Schwingmaschine an dieser angeordnet sein können. Zur Befestigung der Sensoreinheiten geeignete Flächen an der Schwingmaschine können daher mit größtmöglicher Freiheit ausgewählt werden und bei der Montage entfällt eine Ausrichtung der Sensoreinheiten in vorbestimmter Sollposition. Das vereinfacht den Montagevorgang erheblich und verkürzt zudem die Montagezeiten. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei großen Schwingmaschinen wie sie beispielsweise in der Schwerindustrie zum Einsatz kommen zum Tragen, da dort eine Vielzahl von Sensoreinheiten verteilt über die gesamte Schwingmaschine zu montieren sind, sowie bei mobilen Vorrichtungen, die bei jedem neuen Einsatz mit entsprechendem Montageaufwand von einer Schwingmaschine zur anderen umgesetzt werden.

In diesem Zusammenhang erweist es sich als besonders vorteilhaft, die

Sensoreinheiten mit Haftmagneten als Befestigungsmittel auszurüsten, was deren einfache und schnelle Befestigung durch Aufsetzen auf die Schwingmaschine ohne weitere Maßnahmen ermöglicht.

Mit dem Wegfall der Notwendigkeit, die Sensoreinheiten für den Messvorgang im Raum in Solllage ausrichten zu müssen, zeigt sich ein weiterer Vorteil. Als latente Ursache für Messfehler hat sich die mit mangelhafter Sorgfalt durchgeführte Montage der Sensoreinheiten erwiesen, da unzureichend ausgerichtete Sensoreinheiten die Qualität der Messergebnisse beeinträchtigen. Diese Gefahrenquelle ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eliminiert, so dass sich die mit einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung gewonnenen Messergebnisse durch eine konstant hohe Genauigkeit auszeichnen.

Da mit jeder Sensoreinheit die ortsspezifischen Messwerte ermittelt werden, ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur das Schwingungsverhalten der Schwingmaschine als Ganzes, sondern differenziert nach dem jeweiligen Montageort der Sensoreinheiten erfassbar. Durch geeignete Auswahl der Montageorte kann auf diese Weise das spezifische Schwingverhalten einzelner Maschinenkomponenten wie zum Beispiel des Siebbelags, Siebrahmens, Richterregers, Isolationsrahmens und dergleichen ermittelt werden.

Vorzugsweise stellen in diesem Zusammenhang die vier Ecken des Siebrahmens geeignete Montageorte dar, in denen jeweils eine Sensoreinheit angeordnet ist. Beim Einsatz von weiteren Sensoreinheiten werden zusätzlich zwei Sensoreinheiten etwa mittig an den Längsseiten des Siebrahmens angeordnet und/oder zwei

Sensoreinheiten in den Endbereichen der Erregertraverse. Grundsätzlich ist der Betreiber einer erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch frei in der Auswahl der Anzahl und Positionierung der Sensoreinheiten.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht eine zeitsynchrone Messung in allen Sensoreinheiten vor. Zur Synchronisation der Messvorgänge werden dabei Startsignale generiert und zeitgleich an alle Sensoreinheiten

übermittelt. Dies geschieht vorzugsweise innerhalb eines Zeitfensters von 0,1 ms, höchstvorzugsweise innerhalb eines Zeitfensters von 0,05 ms. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird zu diesem Zweck das Startsignal von einem zwischen Auswerteeinheit und Sensoreinheiten zwischengeschalteten

Kommunikationsmodul/Gateway an die Sensoreinheiten gefunkt, vorzugsweise im lEEE-Standard 802.15.4. Mit der Synchronisierung der Messvorgänge wird bei der Auswertung die Möglichkeit eröffnet, die Messwerte örtlich getrennter Sensoreinheiten unter Berücksichtigung der Phasenkorrelation zu vergleichen. Auf diese Weise wird nicht nur festgestellt, inwieweit Schwingfrequenz, Schwingweite und Schwingwinkel an unterschiedlichen Stellen der Schwingmaschine übereinstimmen, sondern es wird darüber hinaus erkannt, ob ein phasenverschobenes Schwingen des linken und/oder vorderen Teils der Schwingmaschine gegenüber dem rechten und/oder hinteren Teil auftritt. Im Ergebnis erhält man dadurch Aufschluss über Eigenverformungen der

Schwingmaschine und das Auftreten von Eigenformen im Maschinenbetrieb.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die in den einzelnen Sensoreinheiten gewonnenen Messdaten in dortigen Datenspeichern temporär abgelegt und nach Beendigung eines Messlaufs an die Auswerteeinheit übermittelt. Das hat den Vorteil, dass die Messdaten vor ihrer Übermittlung auf Plausibilitat und Vollständigkeit geprüft werden können, also nur für richtig befundene Datensätze zur Auswerteeinheit gelangen.

Für den Datenaustausch zwischen Auswerteeinheit und Sensornetzwerk sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung einen Router vor, der die Kompatibilität des Sensornetzwerks mit der Auswerteeinheit herstellt. Auf diese Weise können als Auswerteeinheit handelsübliche Computer, Laptops oder Tablets verwendet werden, die im Regelfall im lEEE-Standard 802.1 1 kommunizieren. Für den Fall, dass die Sensoreinheiten einen anderen Datenübertragungsstandard als die Auswerteeinheit benutzen, ist in die Kommunikationskette ein Protokollumsetzer zwischengeschaltet. Der Router und/oder der Protokollumsetzer können dabei in das

Kommunikationsmodul/Gateway integriert sein, was die Kompaktheit und Mobilität der Vorrichtung weiter erhöht.

Die transformierten und/oder ausgewerteten Daten können in einer einfachen Ausführungsform der Erfindung als Rechenwerte alphanumerisch ausgegeben werden. Demgegenüber bevorzugt ist jedoch deren Visualisierung beispielsweise an einem Drahtgittermodell einer Schwingmaschine, das auf einem Monitor oder Display der Auswerteeinheit ausgegeben wird. Ein abweichendes Schwingverhalten der Schwingmaschine kann auf diese Weise sofort erkannt, lokalisiert und analysiert werden. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine

Schwingmaschine in Form eines Schwingsiebs, ohne sich jedoch darauf

einzuschränken. Für andere Schwingmaschinen wie Schwingförderer,

Schwingtrockner, Spannwellensiebe und dergleichen gelten nachfolgende

Ausführungen entsprechend.

Es zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Schwingmaschine auf deren erste Längsseite,

Fig. 2 eine Schrägansicht der in Fig. 1 gezeigten Schwingmaschine auf deren der ersten Seite gegenüberliegende zweite Längsseite,

Fig. 3 eine Schrägansicht auf eine Sensoreinheit der in den Fig. 1 und 2

dargestellten Vorrichtung, und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum

Erfassen der Betriebs- und Zustandsparameter der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Schwingmaschine.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Schwingmaschine 1 in Form eines Schwingsiebs. Wesentlicher Bestandteil der Schwingmaschine 1 ist ein Siebrahmen 2 mit zwei im seitlichen Abstand planparallel zueinander verlaufenden, etwa dreieckförmigen Seitenwangen 3, die entlang ihrer Basis über eine Anzahl

Quertraversen 4 und in dem der Basis gegenüberliegenden oberen Bereich über eine Erregertraverse 5 biegesteif miteinander verbunden sind. Die Quertraversen 4 bilden mit ihrer Oberseite eine Auflage für ein aus einer Vielzahl Längsreiter 6 mit darauf angeordnetem Siebbelag 7 zusammengesetzten Siebdeck 8. Siebrahmen 2 mit Siebdeck 8 ergeben einen starren Siebkasten 9, der das Schüttgut aufnimmt und im Betrieb bei gleichzeitiger linearer Förderung einem Trennprozess unterwirft. Zur schwingungsdämpfenden Lagerung des Siebkastens 9 ist im lichten Abstand unterhalb des Siebrahmens 2 ein rechteckförmiger Isolationsrahmen 10 vorgesehen, auf dem sich der Siebrahmen 2 über mehrere Gruppen erster Federelemente 1 1 abstützt. Der Isolationsrahmen 10 ist wiederum mittels zweiter Federelemente 12 und Schwingungsdämpfer 13 fest im Untergrund verankert.

Zur Erzeugung einer Schwingbewegung des Siebkastens 9 ist die Schwingmaschine 1 mit einem Richterreger 14 ausgerüstet, der in Lagern 15 an den Enden der

Erregertraverse 5 drehbar gelagert ist. Der Richterreger 1 besitzt im Bereich der Lager 15 jeweils eine zur Erregertraverse 5 achsparallele erste Welle, auf deren beidseitigen Überstanden jeweils ein Zahnrad und eine Unwuchtmasse sitzt, und eine dementsprechende zweite Welle mit Zahnrad und Unwuchtmasse. Die beiden Zahnräder stehen miteinander in kämmendem Wirkeingriff und sorgen so für eine gegenläufige Rotation der beiden Wellen bei gleicher Drehzahl. Dabei sitzen die Unwuchtmassen derart auf den Wellen, dass sie in ihrem Zusammenwirken einen Schwingimpuls erzeugen, dessen Vektor gegenüber einer horizontalen Ebene gleichbleibend den Winkel α einschließt, der Siebkasten 9 also eine lineare

Schwingbewegung im Winkel α zur Horizontalen ausführt. Zur Aussteifung des Siebkastens 9 erstrecken sich zwischen Erregertraverse 5 und Basis der

Seitenwangen 3 in Richtung der Schwingbewegung verlaufende Verstärkungsprofile 22.

Seitlich des Siebkastens 9 und Isolationsrahmens 10 ist ein auf einer Säule 23 angeordneter Drehantrieb 24 vorgesehen, der über eine Gelenkwelle drehfest an die erste Welle anschließt. Eine Zwischenwelle 25 verbindet wiederum die beiden ersten Wellen des Richterregers 5.

Im Betrieb ist die Schwingmaschine 1 einer dauerhaften dynamischen

Beanspruchung ausgesetzt, was zur Minimierung des Ausfallrisikos eine intensive Überwachung der Zustands- und Betriebsparameter erforderlich macht. Eine zu diesem Zweck geeignete mobile Vorrichtung umfasst mindestens vier, im

vorliegenden Ausführungsbeispiel acht Sensoreinheiten 26', 26", 26"', ein

Kommunikationsmodul/Gateway 27, ein Router 28 sowie eine Auswerteeinheit 29, die untereinander Daten auszutauschen. Für den Transport zum Einsatzort können diese Komponenten gemeinsam in einem Koffer untergebracht sein, der gegebenenfalls weitere periphere Geräte wie eine Ladestation, ein Akkumulator, ein Netzteil und dergleichen aufnimmt.

Eine der Sensoreinheiten 26', 26", 26"' ist stellvertretend in Fig. 3 vereinfacht dargestellt. Die Sensoreinheit 26', 26", 26"' besitzt ein quaderförmiges Gehäuse 30 mit einer Vorderseite 31 und Rückseite 32. Zur lösbaren Befestigung der

Sensoreinheit 26 an der Schwingmaschine 1 ist an der Rückseite 32 ein Magnet 33 angeordnet. Weiter sind am Gehäuse 30 - nicht dargestellte - Ladekontakte, mehrere LEDs zur Statusanzeige sowie ein ON-OFF Schalter vorgesehen.

Im Inneren des Gehäuses 30 befinden sich drei Beschleunigungssensoren, die als mikro-elektro-mechanisches Bauteil (MEMS) ausgebildet sind. Die

Beschleunigungssensoren sind orthogonal zueinander angeordnet, so dass deren Messachsen ein lokales Koordinatensystem mit den Raumachsen Xi, Yi und Zi definieren. Mindestens einer der Beschleunigungssensoren besitzt gleichzeitig die Funktionalität eines Schwerkraftsensors, um die Orientierung des Schwerkraftvektors G im lokalen Koordinatensystem Xi , Yi , Zi zu erfassen. Weitere Funktionseinheiten einer Sensoreinheit 26', 26", 26"' sind ein Speicher zur Zwischenspeicherung der Messdaten aus den Beschleunigungssensoren, ein Funkmodul für den

Datenaustausch, mindestens ein integrierter Schaltkreis zur lokalen

Datenverarbeitung sowie ein Speicher für elektrische Energie.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht ist jeweils eine Sensoreinheit 26' in den

Eckbereichen des Siebrahmens 2 angeordnet. Im vorliegenden Fall ist das an der Außenseite der Enden der Seitenwangen 3 unmittelbar oberhalb der dortigen

Quertraversen 4. Zusätzlich befindet sich jeweils eine weitere Sensoreinheit 26" etwa mittig zwischen den Enden des Siebrahmens 2 ebenfalls unmittelbar oberhalb der Quertraversen 4 an der Außenseite der Seitenwangen 3. Darüber hinaus ist jeweils eine Sensoreinheit 26"' in Verlängerung der Erregertraverse 5 an der Außenseite der Seitenwangen 3 platziert.

Die lösbare Befestigung der Sensoreinheiten 26', 26", 26"' an der Schwingmaschine 1 erfolgt über Magnete 33 an der Rückseite der Sensoreinheiten 26', 26", 26"'. Eine Rücksichtnahme auf eine spezielle Ausrichtung der Sensoreinheiten 26', 26", 26"' im Raum ist dabei nicht notwendig, was die Montage vereinfacht und die Montagezeit verkürzt.

Das Kommunikationsmodul/Gateway 27 kontrolliert den Datenverkehr von und zu den Sensoreinheiten 26', 26", 26"' und übernimmt dabei die Funktion eines

Controllers/Routers. Die funkbasierte Kommunikation zwischen

Kommunikationsmodul/Gateway 27 und Sensoreinheiten 26 findet dabei nach dem lEEE-Standard 802.15.4 im Frequenzbereich von 868 MHz bis 870 MHz und/oder 2,4 GHz bis 2,483 GHz statt (=ZigBee).

Die Weiterleitung der Daten an die Auswerteeinheit 29 erfolgt über den Router 28, der nach dem lEEE-Standard 802.1 1 im Frequenzbereich 2, 4GHz und/oder 5 GHz mit der Auswerteeinheit 29 kommuniziert (=WLAN).

Um dabei eine Kompatibilität zwischen den beiden Standards zu erreichen, besitzt das Kommunikationsmodul/Gateway 27 zusätzlich die Funktionalität eines

Protokollumsetzers; das Kommunikationsmodul/Gateway 27 setzt also die

ankommenden Daten jeweils in den anderen Standard um. Für den Datenaustausch sind Kommunikationsmodul/Gateway 27 und Router 28 über ein Datenkabel miteinander verbunden.

Die Auswerteeinheit 29 besteht im Wesentlichen aus einer mobilen elektronischen Datenverarbeitungsanlage, beispielsweise einem Laptop oder Tabletcomputer. Die Auswerteeinheit 29 besitzt eine Dateneingabemodul, beispielsweise zur Eingabe von Steuerbefehlen, einen Speichermodul, wo Referenzdaten, Grenzwerte, Messdaten aus den Sensoreinheiten und dergleichen abgelegt sind, ein Rechenmodul zum Abrufen, Verarbeiten und Ausgeben von Daten, und eine Datenausgabemodul, beispielsweise ein Display zur Visualisierung der aufbereiteten Daten oder eine Schnittstelle zur Weitergabe der aufbereiteten Daten an einen Drucker oder einen weiteren Computer, der beispielsweise über das Internet mit der Auswerteeinheit 29 verbunden ist.

Eine erfindungsgemäße mobile Vorrichtung eignet sich sowohl zur Durchführung von Resonanzanalysen als auch zur Durchführung von Vibrationsanalysen. Ziel der Resonanzanalyse ist es, Eigenfrequenzen einer Schwingmaschine 1 zu ermitteln, um geeignete Betriebsfrequenzen bestimmen zu können. Die Vibrationsanalyse dient der Ermittlung des charakteristischen Schwingverhaltens der Schwingmaschine im Betrieb.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht beginnt das Messverfahren in beiden Fällen damit, die mobile Vorrichtung in Messbereitschaft zu versetzen. Dazu muss sichergestellt sein, dass alle elektrischen und elektronischen Komponenten mit ausreichend elektrischer Energie für den Messvorgang versorgt sind. Außerdem sind die Komponenten der Vorrichtung einzuschalten, miteinander zu verbinden und im Netzwerk zu aktivieren.

Anschließend werden die Sensoreinheiten 26', 26", 26"' an aussagekräftigen Stellen der Schwingmaschine 1 befestigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jeweils eine Sensoreinheit 26' in den vier Ecken des Siebrahmens 2 angeordnet, möglichst auf Höhe des Siebbelags 7, um das Schwingungsverhalten im Bereich der

Materialaufgabe und der Materialabgabe differenziert nach linker Siebseite und rechter Siebseite ermitteln zu können. Für den Aufschluss über das

Schwingverhalten in Siebmitte können weitere Sensoreinheiten 26" ungefähr mittig zwischen den Sensoreinheiten 26' einer Maschinenseite angeordnet sein. Andere geeignete Stellen sind die Endbereiche der Erregertraverse 5, wo im vorliegenden Fall jeweils eine Sensoreinheit 26"' angebracht ist.

Die lösbare Befestigung der Sensoreinheiten 26', 26", 26"' an der Schwingmaschine 1 erfolgt mittels an der Stahlkonstruktion haftender Magnete 33. Hierfür besonders geeignet sind plane Flächen am Siebrahmen 2, beispielsweise an den Außenseiten der Seitenwangen 3 und/oder an den Quertraversen 4. Die Ausrichtung einer

Sensoreinheit 26', 26", 26"' im Raum oder in der Ebene der Befestigungsfläche ist dabei beliebig, da die Neigung einer Sensoreinheit 26', 26", 26"' gegenüber der Vertikalen über den Schwerkraftsensor bekannt ist. Der Schwerkraftvektor G definiert mit dem Beschleunigungsvektor die Schwingebene der Schwingmaschine 1 , woraus sich die exakte räumliche Ausrichtung des lokalen Koordinatensystems Xi , Yi, Zi ermitteln lässt. Im Falle der Resonanzanalyse wird der Messvorgang bei Stillstand der Schwingmaschine 1 durch entsprechende Eingabe an der Auswerteeinheit 29 in allen Sensoreinheiten 26', 26", 26"' synchron innerhalb eines Zeitfensters von 0,05 ms gestartet und anschließend die Schwingmaschine 1 durch Aufbringung eines einmaligen Erregerimpulses in Schwingung versetzt, beispielsweise durch einen Hammerschlag.

Die Beschleunigungssensoren einer jeden Sensoreinheit 26', 26", 26"' ermitteln anschließend die Amplitude der Beschleunigung in Abhängigkeit der

Schwingfrequenz der Schwingmaschine 1 bezogen auf das durch die

Beschleunigungssensoren definierte lokale Koordinatensystem Xi, Yi, Zi und speichern die Messdaten über die Dauer des Messvorgangs im lokalen

Datenspeicher ab.

Im Falle der Vibrationsanalyse wird vor Durchführung des Messvorgangs die

Schwingmaschine 1 gestartet. Die Schwingmaschine 1 befindet sich während des Messvorgangs somit im Betrieb und schwingt in der durch den Richterreger 14 vorgegebenen Betriebsfrequenz. Die Beschleunigungssensoren der Sensoreinheiten 26', 26", 26"' erfassen dabei die Beschleunigungsamplitude in den Achsen des lokalen Koordinatensystems Xi, Yi, Zi und speichern die Messdaten über die Dauer des Messvorgangs im lokalen Datenspeicher ab.

Nach Beendigung des Messvorgangs werden die lokalen Messdaten des

Schwerkraftsensors und der Beschleunigungssensoren der einzelnen

Sensoreinheiten 26', 26", 26"' im lEEE-Standard 802.15.4 an das

Kommunikationsmodul/Gateway 27 übertragen, dort in den lEEE-Standard 802.1 1 umgesetzt und über den Router 28 an die Auswerteeinheit 29 übermittelt.

In der Auswerteeinheit 29 werden die Datensätze der einzelnen Sensoreinheiten 26', 26", 26"' in ein übergeordnetes einheitliches Koordinatensystem Xo, Yo, Zo

transformiert. Das übergeordnete Koordinatensystem Xo, Yo, Zo kann beispielsweise ein orbitales Koordinatensystem sein, bei dem die Zo-Achse der Vertikalen entspricht, die Xo-Achse der in Förderrichtung der Schwingmaschine 1 weisenden Horizontalen und die Yo-Achse der senkrecht auf die beiden anderen Achsen stehenden Lateralen, die also quer zur Förderrichtung ausgerichtet ist. Ebenso kann das übergeordnete Koordinatensystem Xo, Yo, Zo durch die Schwingbewegung der Schwingmaschine 1 vorgegeben sein, bei dem die Zo-Achse durch die Resultierende der Schwingrichtung festgelegt ist, zu der sie achsparallel verläuft, die Xo-Achse in der Schwingebene senkrecht zur Zo-Achse liegt und die Yo-Achse wiederum senkrecht auf die beiden anderen Achsen steht.

Die Transformation der Messdaten erfolgt auf Basis der in den einzelnen

Sensoreinheiten 26', 26", 26"' jeweils mittels des Schwerkraftsensors festgestellten Neigung des lokalen Koordinatensystems Xi, Yi , Zi in der Schwingebene. Nach ausgeführter Transformation erhält man für jede Sensoreinheit 26', 26", 26"' zeitsynchrone und auf ein einheitliches Koordinatensystem bezogene und daher vergleichbare Beschleunigungsdaten, die durch einfache Integration in

Geschwindigkeitsdaten und durch zweifache Integration in Wegdaten umgerechnet werden können.

Aus diesen Daten lassen sich Informationen über bestimmte Zustands- und

Betriebsparameter der Schwingmaschine 1 wie Schwingfrequenz, Schwingweite, Schwingwinkel, Phasensynchronität des Schwingverhaltens an unterschiedlichen Orten der Schwingmaschine 1 ableiten sowie das Auftreten von Eigenverformungen im Maschinenbetrieb und Eigenformen der Schwingungsmaschine 1 im Stillstand und Maschinenbetrieb evaluieren.

Nach Aufbereitung dieser Daten in der Auswerteeinheit 29 lassen sich auf einem Display oder Bildschirm beispielsweise Frequenzspektren mit Eigen- und

Betriebsfrequenzen oder das Schwingverhalten einer Schwingmaschine 1

einschließlich Eigenverformungen und Eigenformen an einem Drahtgittermodell anschaulich darstellen. Es können einzelne Messdaten mit Grenzwerten verglichen und bei deren Überschreiten ein optisches oder akustisches Warnsignal ausgegeben werden und vieles mehr. Bezuqszeichenliste Schwingmaschine

Siebrahmen

Seitenwangen

Quertraverse

Erregertraverse

Längsreiter

Siebbelag

Siebdeck

Siebkasten

Isolationsrahmen

erste Federelemente

zweite Federelemente

Schwingungsdämpfer

Richterreger

Lager

Verstärkungsprofil

Säule

Drehantrieb

Zwischenwelle

Sensoreinheit 26', 26", 26"'

Kommunikationsmodul/Gateway

Router

Auswerteeinheit

Gehäuse

Vorderseite

Rückseite

Magnet

Claims

Patentansprüche

Mobile Vorrichtung zum Erfassen der Zustands- und Betriebsparameter von Schwingmaschinen (1 ) mit Sensoreinheiten (26', 26", 26"') und einer mit den Sensoreinheiten (26', 26", 26"') verbundenen Auswerteeinheit (29), wobei die von den Sensoreinheiten (26', 26", 26"') erfassten Messdaten kabellos an die Auswerteeinheit (29) übermittelbar sind, und wobei jede Sensoreinheit (26', 26", 26"') ausgestattet ist mit mindestens drei orthogonal zueinander ausgerichteten Beschleunigungssensoren und einer integrierten Schaltung zur Bearbeitung der von den Sensoreinheiten (26', 26", 26"') erfassten

Messdaten,

dadurch gekennzeichnet, dass

- mindestens vier Sensoreinheiten (26', 26", 26"') ein Sensornetzwerk bilden, wobei die Sensoreinheiten (26', 26", 26"') in gegenseitigem Abstand mit unbestimmter Orientierung/Ausrichtung an der Schwingmaschine (1 ) lösbar befestigbar sind, und

- durch die mindestens drei Beschleunigungssensoren einer Sensoreinheit (26', 26", 26"') ein lokales Koordinatensystem Xi, Yi, Zi definiert ist,

- auf dessen Raumachsen die in einer Sensoreinheit (26', 26", 26"') erfassten lokalen Messdaten bezogen sind, und

- jede Sensoreinheit (26', 26", 26"') einen Schwerkraftsensor zur Erfassung der Orientierung/Ausrichtung des lokalen Koordinatensystems Xi, Yi, Zi im Raum besitzt, und

- die Auswerteeinheit (29) eine Einrichtung zur Transformation der lokalen Messdaten in ein übergeordnetes einheitliches Koordinatensystem Xo, Yo, Zo unter Berücksichtigung der Messdaten des Schwerkraftsensors aufweist.

Mobile Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sensornetzwerk mindestens sechs, vorzugsweise mindestens acht

Sensoreinheiten (26', 26", 26"') besitzt.

Mobile Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensornetzwerk ein Kommunikationsmodul/Gateway (27) zur

Koordination des Datenflusses von und zu den Sensoreinheiten (26', 26", 26"') besitzt.

4. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensoren jeweils als mikro-elektro- mechanisches Bauteil (MEMS) oder piezoelektrisches Bauteil ausgebildet sind.

5. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur zeitlichen Synchronisierung der Messvorgänge in den einzelnen Sensoreinheiten (26', 26", 26"') besitzt.

6. Mobile Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das

Zeitfenster für die Messvorgänge in allen Sensoreinheiten (26', 26", 26"') eine Dauer von maximal 0,1 ms besitzt, vorzugsweise maximal 0,05 ms.

7. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (26', 26", 26"') jeweils einen Datenspeicher zum temporären Speichern der Messdaten besitzen.

8. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (26', 26", 26"') jeweils ein

Funkmodul zum kabellosen Austausch von Daten besitzen, wobei die

Funkfrequenz des Funkmoduls in einem Bereich zwischen 400 MHz und 900 MHz oder in einem Bereich zwischen 2,4 GHz und 6 GHz liegt.

9. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Router (28) besitzt, der für den Datenaustausch zwischen dem Sensornetzwerk und der Auswerteeinheit (29) zwischen Sensornetzwerk und Auswerteeinheit (29) zwischengeschaltet ist.

10. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Anzeigeeinrichtung zur

bildgebenden Visualisierung der transformierten Messdaten umfasst.

11. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Energiespeicher zur Versorgung der Vorrichtung mit elektrischer Energie aufweist, vorzugsweise einen aufladbaren Energiespeicher.

12. Mobile Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch

gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten Magnete (33) zur lösbaren

Befestigung an einer Schwingmaschine (1 ) aufweisen.

13. Schwingmaschine mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere Schwingsieb, Schwingförderer, Schwingtrockner oder belagerregte Siebmaschine.

14. Verfahren zum Erfassen der Betriebs- und Zustandsparameter von

Schwingmaschinen (1 ) mit folgenden Verfahrensschritten: a) Befestigen von mindestens vier Sensoreinheiten (26', 26", 26"') mit Beschleunigungssensoren mit unbestimmter Ausrichtung/Orientierung relativ zur Schwingmaschine (1 ), wobei jede Sensoreinheit (26', 26", 26"') mit ihren Beschleunigungssensoren ein lokales Koordinatensystem Xi, Yi, Zi definiert, b) Messen der Beschleunigung der Schwingmaschine (1 ) bezogen auf die Raumachsen des lokalen Koordinatensystems Xi, Yi, Zi an jeder

Sensoreinheit (26', 26", 26"'), c) Transformieren der lokalen Messdaten der Sensoreinheiten (26', 26", 26"') auf ein übergeordnetes einheitliches Koordinatensystem Xo, Yo, Zo, d) Auswerten der transformierten Messdaten.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schwingmaschine (1 ) einen

rechteckigen Schwingrahmen (2) besitzt, der von Seitenwangen (3) und die Seitenwangen (3) verbindenden Quertraversen (4) gebildeten ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt a) mindestens in den vier Eckbereichen des Schwingrahmens (2) und/oder in den Endbereichen der Erregertraverse (5) und/oder in den Endbereichen der Quertraversen (4) jeweils eine

Sensoreinheit (26', 26", 26"') befestigt wird.

16. Verfahren nach einen der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) in allen Sensoreinheiten (26', 26", 26"') zeitsynchron erfolgt, vorzugsweise innerhalb eines Zeitfensters von 0,1 ms, insbesondere 0,05 ms.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt c) die räumliche Orientierung/Ausrichtung des lokalen

Koordinatensystems Xi, Yi, Zi auf Basis der Schwingebene der

Schwingmaschine (1 ) und des Schwerkraftvektors bestimmt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt c) die in den Sensoreinheiten (26', 26", 26"') ermittelten Messdaten auf das durch die Schwingachse und/oder Maschinenachsen der Schwingmaschine (1 ) vorgegebene Koordinatensystem Xo, Yo, Zo

transformiert werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) die Messdaten an einem Drahtgittermodell der

Schwingmaschine (1 ) visualisiert werden.