WO2019166414A1

WO2019166414A1 - Bestimmung der energieeffizienz eines gurtförderers

Info

Publication number: WO2019166414A1
Application number: PCT/EP2019/054689
Authority: WO
Inventors: Manfred ZIEGLER DR.; Michael Grzybek; Uwe BÖKER
Original assignee: Voith Patent Gmbh
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2019-09-06
Also published as: CA3092899A1; US20210053768A1; US11220403B2; WO2019166415A1

Abstract

Verfahren (200) zum Überwachen eines Gurtförderers (100) mit einem umlaufenden Fördergurt (102), wobei das Verfahren (200) folgende Schritte umfasst: - Bestimmen (210) wenigstens eines Betriebsparameters des Gurtförderers (100); - Bestimmen (215) von Laufwiderständen an unterschiedlichen Stellen entlang des Fördergurts (102) auf der Basis des wenigstens einen bestimmten Betriebsparameters und einer Temperatur des Fördergurts (102); - Bestimmen (235) einer Summe der bestimmten Laufwiderstände über die Länge des Fördergurts (102); - Bestimmen (220) einer Antriebsleistung des Gurtförderers (100) auf der Basis der bestimmten Summe; und - Anpassen (215) der Bestimmung der Laufwiderstände, um eine Abweichung der bestimmten Antriebsleistung von einer gemessenen Antriebsleistung zu minimieren.

Description

Bestimmung der Energieeffizienz eines Gurtförderers

Die Erfindung betrifft einen Gurtförderer. Insbesondere betrifft die Erfindung die Bestimmung einer Energieeffizienz des Gurtförderers unter vorbestimmten Normbedingungen.

Ein Gurtförderer ist üblicherweise eine stationäre oder rückbare Förderanlage zur Stetigförderung und kann auch Förderband, Bandförderer, Schlauchgurtförderer oder Gurtbandförderer genannt werden bzw. so ausgeführt sein. Der Gurtförderer kann beispielsweise im Tagebau oder unter Tage zur Förderung von Rohstoffen oder Abraum verwendet werden, wobei sein Betrieb möglichst energieeffizient sein soll. Dazu sollen die Energieeffizienz und gegebenenfalls ihre Veränderung über die Zeit bestimmt werden. Beispielsweise kann die Energieeffizienz durch Verschleiß oder einen Defekt des Gurtförderers verringert oder durch Wartung, Erneuerung von Verschleißteilen, sorgfältige Justage oder Einsatz verbesserter Komponenten erhöht werden. Aufgrund der Dimensionen des Gurtförderers kann bereits eine kleine relative Veränderung einer großen absoluten Veränderung entsprechen. Die relative Genauigkeit der Bestimmung soll daher hoch sein.

Üblicherweise liegt einem Gurtförderer eine individuelle Auslegung oder Abstimmung zugrunde, sodass es schwierig ist, einen Förderer mit einem anderen zu vergleichen. Darüber hinaus ist ein Gurtförderer üblicherweise so groß, dass Randbedingungen, die eine neutrale Bestimmung bzw. Bewertung der Energieeffizienz erlauben können, üblicherweise nicht aktiv herbeigeführt werden können. Zu diesen Randbedingungen können beispielsweise eine vorbestimmte Außen- oder Umgebungstemperatur oder eine vorbestimmte, gleichmäßige Beladung des Gurts gehören. Um die geforderte Bestimmungsgenauigkeit zu erreichen, müssen üblicherweise Betriebsparameter des Förderers über eine längere Zeit hinweg abgetastet und dann verarbeitet werden, wobei die Randbedingungen kaum lange genug konstant gehalten werden können.

Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Technik zur Bestimmung einer Energieeffizienz eines Gurtförderers. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte

Ausführungsformen wieder.

Ein Verfahren zum Überwachen eines Gurtförderers mit einem umlaufenden Fördergurt umfasst Schritte des Bestimmens wenigstens eines Betriebsparameters des Gurtförderers; des Bestimmens von Laufwiderständen an unterschiedlichen Stellen entlang des Fördergurts auf der Basis des wenigstens einen bestimmten Betriebsparameters und einer Temperatur des Fördergurts; des Bestimmens einer Summe der bestimmten Laufwiderstände über die Länge des Fördergurts; des Bestimmens einer Antriebsleistung des Gurtförderers auf der Basis der bestimmten Summe und des Anpassens der Bestimmung der Laufwiderstände, um eine Abweichung der aus der bestimmten Summe errechneten Antriebsleistung von der gemessenen Antriebsleistung zu minimieren.

Der Laufwiderstand wirkt entgegen einer Bewegung des Fördergurts und ist allgemein abhängig von einer Beladung, einer Fördergeschwindigkeit, einem Gefälle, einer Bandreibung, einem Walkwiderstand und gegebenenfalls noch weiteren Faktoren. Der Laufwiderstand kann für einen Abschnitt des Gurtförderers oder für den kompletten Gurtförderer bestimmt werden. Ein Produkt aus Laufwiderstand und Fördergeschwindigkeit entspricht dem Leistungsbedarf zum Betreiben des Gurtförderers. Ein Wirkungsgrad der mechanischen Komponenten kann zusätzlich berücksichtigt werden.

Der Betriebsparameter kann insbesondere eine Umgebungstemperatur oder eine Beladung umfassen, andere oder zusätzliche Kenngrößen können jedoch ebenfalls betrachtet werden, beispielsweise eine Antriebsleistung, eine Länge des Fördergurts, eine Anlagengeometrie, eine örtliche Beladungsverteilung, eine Anzahl oder Beschaffenheit von Fördergurtteilstücken, ein Durchhang, eine mittlere Vorspannung, ein Schräglaufwinkel oder eine seitliche Mittenabweichung des Fördergurts an einer Trommel, eine Bandtemperatur oder eine Art oder Granularität des zu transportierenden Förderguts. Üblicherweise werden bevorzugt solche Betriebsparameter ausgewählt, die einen Einfluss auf die Energieeffizienz des Gurtförderers haben. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen, die aus einem oder mehreren vorbestimmten Betriebsparametern einen statischen Gesamtindex bilden, der während des Betriebs des Gurtförderers nicht verändert wird, kann so eine wesentlich genauere Bestimmung realisiert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Basis der angepassten Bestimmung eine Energieeffizienz des Gurtförderers bestimmt. Diese Bestimmung ist bevorzugt auf eine Situation bezogen, in der einer der Betriebsparameter des Gurtförderers einen vorbestimmten Normalwert einnimmt. Dieser Betriebsparameter kann insbesondere einer von denjenigen sein, die für die Bestimmung der Laufwiderstände verwendet werden. Der Betriebsparameter kann beispielsweise eine Umgebungstemperatur und der Normalwert eine Normaltemperatur betreffen. Der Betriebsparameter kann auch eine Beladung und der Normalparameter eine Normalbeladung umfassen. Dabei kann zusätzlich davon ausgegangen werden, dass die Normalbeladung gleichmäßig auf dem Fördergurt verteilt ist.

Je genauer die Energieeffizienz eines Gurtförderers bestimmt werden kann, desto besser können Einflüsse, die diese Effizienz verschlechtern, frühzeitig erkannt werden. Solche Einflüsse können beispielsweise eine zunehmende Verschmutzung von Anlagenteilen, eine Verschlechterung des Ausrichtzustands von Tragrollen zum Fördergurt, eine Änderung von Gurteigenschaften aufgrund von Alterung und Verschleiß, einen erhöhten Laufwiderstand von Tragrollen aufgrund von Verschleiß, eine zu niedrige Gurtvorspannung oder eine Verschlechterung des Wirkungsgrades eines Antriebs, etwa durch einen Schaden an einem Getriebe, einem Motor oder einer Energieversorgung umfassen. Durch die verbesserte Energieeffizienzbestimmung können frühzeitig Gegenmaßnahmen gegen einen oder mehrere solche Einflüsse eingeleitet werden.

Die Bestimmung der Laufwiderstände kann angepasst werden, um eine zeitliche Variation der bestimmten Abweichung zu minimieren. Es hat sich gezeigt, dass die zeitliche Variation ein Maß für Ungleichförmigkeiten zwischen verschiedenen Anlagen- und Gurtabschnitten ist und somit zur Bestimmung des möglichen Verbesserungspotentials herangezogen werden kann. Dazu kann eine Kennzahl für die zeitliche Variation bestimmt werden Ein mögliches Maß hierfür ist als empirische Standardabweichung oder Varianz bekannt. Idealerweise wird die Bestimmung derart angepasst, dass sowohl die bestimmte Summe als auch die zeitliche Variation klein sind.

In einer Ausführungsform wird ein Signal ausgegeben, wenn die zeitliche Variation ein vorbestimmtes Maß übersteigt. Dadurch kann vor einem Verlust von Energieeffizienz am Gurtförderer gewarnt werden. In weiteren Ausführungs- formen können auch eine Anlagenabschnittseffizienz, eine Änderung einer normierten Anlageneffizienz, ein Schlupfvorgang, ein Unterschreiten einer vorbestimmten Leistungsreserve und/oder eine permanente Änderung der Leistungsaufteilung oberhalb eines definierten Grenzwerts erfasst werden. Eine dedizierte Warnung kann jeweils bereitgestellt werden.

Auf der Basis der bestimmten Laufwiderstände kann eine Energieaufnahme eines Antriebs bestimmt und mit einer tatsächlichen Energieaufnahme des Antriebs verglichen werden. Dabei kann die Bestimmung der Laufwiderstände derart angepasst werden, dass eine Differenz zwischen der bestimmten und der tatsächlichen Energieaufnahme möglichst minimiert wird. Stimmt die bestimmte Energieaufnahme genau mit der tatsächlichen Energieaufnahme überein, so kann die Bestimmung genau bzw. realistisch sein.

Die Bestimmung des Laufwiderstands kann durch ein Berechnungsverfahren erfolgen, das den Einfluss einer oder mehrerer der nachfolgend aufgeführten aktuellen Betriebsbedingungen und die konstruktive Ausführungsform der Gurtförderanlage berücksichtigt. Zu den Betriebsbedingungen gehören die örtliche Beladung, die örtliche Gurtzugkraft, die Gurtgeschwindigkeit, die

Temperatur, die Witterungsbedingungen (Art und Intensität des

Niederschlags, Windrichtung und -geschwindigkeit, Intensität der

Sonneneinstrahlung), die aktuelle Ausrichtgenauigkeit der einzelnen

Tragrollenstationen zu dem konstruktiv vorgegebenen Gurtverlauf sowie die Korngröße und Dichte des Förderguts. Die konstruktive Ausführungsform wird charakterisiert durch Muldungswinkel, Abstand der Tragrollenstationen,

Durchmesser und Länge der

einzelnen Tragrollen sowie Breite, Gewicht, Art und Aufbau des verwendeten Fördergurts. Das Berechnungsverfahren kann entweder die Entstehung des Laufwiderstands aus den Betriebsbedingungen und der konstruktiven

Ausführung physikalisch beschreiben oder den Zusammenhang zwischen den Betriebsbedingungen und dem Laufwiderstand durch mathematische Funktionen nachbilden. Ein solches mathematisch- und/oder physikalisches Ersatzmodell beinhaltet typischerweise Parameter, mit denen das Modell an die Wirklichkeit angepasst werden kann. Betriebsparameter der Gurtförderanlage können sich über der Zeit ändern, etwa durch Verschlechterung eines Ausrichtzustands des Fördergurts gegenüber Trommeln, Änderung von Gurteigenschaften infolge Alterung, Verschmutzung der Anlage, zunehmender Verschleiß von Tragrollen etc.

Die Anpassung der Zustandsparameter kann mittels eines selbstlernenden Algorithmus erfolgen. Der Algorithmus kann etwa ein Kalman-Filter oder eine andere Art Verarbeitungsheuristik umfassen, welche ein bereitgestelltes Ergebnis mit einem gemessenen Ergebnis vergleichen und eine Verarbeitung anpassen kann, um einen Unterschied zwischen den Ergebnissen möglichst zu minimieren.

Ein erster Betriebsparameter kann eine Temperatur und ein zugeordneter erster Normalwert eine Normaltemperatur einer Umgebung des Gurtförderers umfassen. Ferner kann ein zweiter Betriebsparameter eine Beladung und ein zugeordneter zweiter Normalwert einen vorbestimmten Beladungswert des Fördergurts umfassen.

Insbesondere diese beiden Normalwerte können vorgegeben sein, um die Energieeffizienz des Gurtförderers unabhängig von Betriebsparametern zu bestimmen, die im täglichen Betrieb schwanken. Bezüglich vorbestimmter Werte dieser Normalparameter kann beispielsweise eine gesetzliche oder anderweitig regulatorische Verpflichtung bestehen, die durch den Gurtförderer erbracht und gegebenenfalls auch nachgewiesen werden muss.

Ein Bewegungswiderstand des Fördergurts kann von seinem

Verformungswiderstand abhängig sein. Insbesondere dann, wenn der Fördergurt ein Elastomer, ein Kautschukprodukt oder ein Polymer umfasst, kann der Verformungswiderstand mit steigender Temperatur abnehmen. Anders ausgedrückt kann es leichter sein, einen warmen Fördergurt zu verformen als einen kalten. Eine Verformung kann entlang des gesamten Fördergurts und insbesondere an Enden der Förderstrecke erfolgen.

Es wird daher vorgeschlagen, den Bewegungswiderstand verbessert unter Berücksichtigung der Temperatur des Fördergurts zu bestimmen. Es wurde erkannt, dass die Temperatur des Fördergurts einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Energieeffizienz des Gurtförderers haben kann. Durch das Berücksichtigen der Gurttemperatur kann die Energieeffizienz genauer bestimmt werden, sodass die bestimmte Energieeffizienz verbessert aussagekräftige und genaue Resultate liefern kann.

In einer Ausführungsform wird die Temperatur des Fördergurts für

unterschiedliche Fördergurtteilstücke individuell bestimmt. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass beispielsweise unterschiedliche Beladungen der Fördergurtteilstücke unterschiedliche Erwärmungen bewirken und somit unterschiedliche Bewegungswiderstände verursachen. Auch unterschiedliche Laufeigenschaften der einzelnen Fördergurtteilstücke können so berücksichtigt werden.

Die Temperatur des Fördergurts kann insbesondere mittels eines Modells auf der Basis einer Außentemperatur bestimmt werden. Messfehler oder Messrauschen können vermieden werden. Auf ein aufwändiges und eventuell fehlerträchtiges Messen der Temperatur kann verzichtet werden. Eine Übertragung abgetasteter Temperaturwerte über gegebenenfalls größere Distanzen kann nicht erforderlich sein.

Die Temperatur des Fördergurts kann weiter mittels eines Modells auf der Basis eines Energieeintrags in den Fördergurt bestimmt werden. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass sich ein Fördergurt, der beispielsweise durch große Beladung stark beansprucht ist, stärker als ein beinahe leerer Fördergurt erwärmen kann.

Die Temperatur des Fördergurts kann mittels eines Modells auf der Basis einer spezifischen Wärmekapazität des Fördergurts bestimmt werden. Die

Wärmekapazität kann insbesondere für unterschiedliche Fördergurtteilstücke unterschiedlich bestimmt werden.

Die Temperatur des Fördergurts kann darüber hinaus mittels eines Modells auf der Basis eines Wärmeübergangs zwischen dem Fördergurt und einer

Umgebung bestimmt werden. Dabei kann der Wärmeübergang sowohl während des Betriebs des Gurtförderers als auch während eines Stillstands modelliert werden. Die Temperatur kann so insgesamt genauer bestimmt werden, wodurch die Bestimmungsqualität der Energieeffizienz weiter verbessert sein kann.

Die Temperatur des Fördergurts wird bevorzugt in diskreten Zeitschritten und jeweils bezüglich einer bezüglich eines vorangehenden Zeitschritts bestimmten Temperatur bestimmt. Diese Bestimmung kann besonders robust sein und verbessert den mitunter trägen Temperaturänderungen des Fördergurts folgen.

Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung eines hierin beschriebenen Verfahrens, wobei das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung ausgeführt wird oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.

Eine Vorrichtung zum Überwachen eines Gurtförderers mit einem umlaufenden Fördergurt umfasst eine Schnittstelle zur Abtastung wenigstens eines Betriebsparameters des Gurtförderers; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, Laufwiderstände an unterschiedlichen Stellen entlang des Fördergurts auf der Basis des wenigstens einen bestimmten Betriebsparameters und einer Temperatur des Fördergurts zu bestimmen; eine Summe der bestimmten Laufwiderstände über die Länge des Fördergurts zu bestimmen; eine Antriebsleistung des Gurtförderers auf der Basis der Summe zu bestimmen; und die Bestimmung der Laufwiderstände anzupassen, um eine Abweichung der bestimmten Antriebsleistung von einer gemessenen Antriebsleistung zu minimieren. Die Vorrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren durchzuführen. Insbesondere kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen, der dazu eingerichtet sein kann, ein hierin beschriebenes Computerprogrammprodukt auszuführen. Vorteile oder Merkmale des Verfahrens können auf die Vorrichtung bezogen werden und umgekehrt.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

Figur 1 ein beispielhaftes System zur Bestimmung einer Energieeffizienz eines Gurtförderers; und

Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum

Bestimmen einer Energieeffizienz eines Gurtförderers darstellen. Figur 1 zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines Gurtförderers 100. Der Gurtförderer 100 weist einen umlaufenden Fördergurt 102 auf, der allgemein auch als Gurt oder Band bezeichnet wird. Auf dem Gurt 102 kann ein Fördergut 104, insbesondere Schüttgut, von einem Aufgabebereich 106 zu einem Abgabe- bzw. Übergabebereich 108 transportiert werden. Der Fördergurt 102 kann durch Umlenkrollen 132, häufig auch als Umlenktrommeln oder Trommeln bezeichnet, vor dem Aufgabebereich 106 und im Bereich des Abgabenbereichs 108 umgelenkt werden. Der Fördergurt 102 kann mittels einer Tragrolle 1 10 im Ober- und/oder Untertrum geführt und darüber hinaus mittels Trommeln 132 umgelenkt werden, wobei eine oder mehrere Trommeln 132 jeweils einen Antrieb 1 12 aufweisen können, um den Fördergurt 102 in Bewegung zu versetzen. Zum Transport des Förderguts 104 wird meistens der obere Abschnitt der Gurtförderanlage 100 genutzt. Dieser wird als Obertrum bezeichnet, und der nicht beladene untere Teil, in dem der Fördergurt 102 zurückgeführt wird, wird als Untertrum bezeichnet. Die im Obertrum und im Untertrum angeordneten Tragrollen 1 10 können unterschiedlich ausgeführt sein.

Der Gurt 102 kann mehrere Fördergurtteilstücke 1 14 umfassen. Die Fördergurtteilstücke 1 14 können mittels Verbindungsabschnitten 1 16 miteinander verbunden sein. Die Gesamtheit der Fördergurtteilstücke 1 14 zusammen bildet den umlaufenden Fördergurt 102. Skizziert ist der Fördergurt 102 in Figur 1 beispielhaft aus vier Fördergurtteilstücken 1 14 bestehend. Einer dieser Fördergurtteilstücke 1 14 hat beispielhaft eine Fördergurtteilstückslänge LG. Die Fördergurtteilstückslängen der Fördergurtteilstücke 1 14 können individuell und voneinander unterschiedlich sein.

Eine Steuereinrichtung 1 18 kann zum Betreiben einiger oder aller Funktionen des Gurtförderers 100 vorgesehen sein. Die Steuereinrichtung 1 18 kann auch mehrteilig ausgeführt sein und insbesondere einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen. Bevorzugt kann die Steuereinrichtung 1 18 ein Drehmoment oder eine Drehzahl eines oder mehrerer Antriebe 1 12, und auf diesem Weg die Bewegung, insbesondere die Geschwindigkeit v des Fördergurts 102 steuern. Signale, die einen Energieverbrauch der Antriebe 1 12 charakterisieren, können der Steuereinrichtung 1 18 zugeführt werden. Solche Signale können durch eine erste Sensorik 134 erfasst werden.

Einer der Antriebe 1 12 kann einen Motor 144, insbesondere einen Elektromotor umfassen, der direkt oder über eine beispielsweise hydrodynamische Kupplung 146 und/oder ein Getriebe 148 mit einer antreibbaren Trommel 132 verbunden ist. Die Kupplung 146 und das Getriebe 148 können auch in miteinander integriert ausgeführt sein, beispielsweise in Form eines hydrodynamisch regelbaren Getriebes, das unter der Bezeichnung Vericon bekannt ist. In einer anderen Ausführungsform kann auch eine separate hydrodynamische Kupplung 146 vorgesehen sein, die beispielsweise über ihre Füllung mit einem Fluid oder über die Stellung von Schaufeln in ihrem Übertragungsverhalten steuerbar sein kann. Bevorzugt können am Motor 144, an der Kupplung 146 und/oder dem Getriebe 148 eine Drehzahl und/oder ein Moment bestimmt und diese Werte der Steuereinrichtung 1 18 bereitgestellt werden. Insbesondere können das an den Fördergurt 102 abgegebene Moment oder die Antriebsgeschwindigkeit bestimmt werden. Dazu können ein Momentensensor 136 und/oder ein Drehzahlsensor 138 vorgesehen sein.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Steuereinrichtung 1 18 Signale einer dritten Sensorik 120 zugeführt werden, wobei die Signale jeweils auf das Passieren eines Verbindungsabschnitts 1 16 zwischen zwei benachbarten Fördergurtteilstücken 1 14 an einer vorbestimmten Stelle des Gurtförderers 100 hinweisen. Die dritte Sensorik 120 ist bevorzugt ortsfest in der Gurtförderanlage 100 angeordnet. Wird ein Verbindungsabschnitt 1 16 detektiert, so ist auch gleichzeitig die Position des Verbindungsabschnitts 1 16 bekannt. Bei dieser Bestimmung können die momentane Geschwindigkeit des Fördergurtes 102 und/oder eine Bestimmungsdauer für das Erkennen des Verbindungsabschnitts 1 16 berücksichtigt werden. Bei Verwendung von Stahlseilfördergurten 1 14 kann als dritte Sensorik 120 beispielsweise eine Spule oder ein Magnetfeldsensor zur Detektion von Verbindungsabschnitten 1 16 verwendet werden. Bei Verwendung von Gewebefördergurten oder Stahlseilfördergurten kann als dritte Sensorik 120 eine Anordnung zur Erfassung der Druckfedersteifigkeit des Fördergurtes 102 vorgesehen sein.

Im laufenden Betrieb des Gurtförderers 100 können aufgrund der Periodizität der Detektionssignale, die jeweils auf einen Verbindungsabschnitt 1 16 hinweisen, die Länge und/oder die Abfolge von Fördergurtteilstücken 1 14 ermittelt werden. In der Regel ist zusätzlich auch noch die Gesamtlänge des Fördergurtes 102 bekannt. Zur Identifikation eines Verbindungsabschnitts 1 16 kann ein drahtlos auslesbarer Informationsspeicher am Fördergurt 102 angebracht sein. Der Informationsspeicher kann auch Informationen über ein angrenzendes Fördergurtteilstück bereitstellen, beispielsweise eine Länge, ein Material, einen Typ, einen Hersteller oder eine Eigenschaft wie eine Belastbarkeit oder einen Biegewiderstand. Auch ein Einbaudatum kann vermerkt sein, um eine Betriebsstundenzahl oder eine Umlaufzahl am Gurtförderer 100 zu bestimmen. Der Informationsspeicher kann insbesondere mittels RFID-Technologie ausgelesen werden und ist in einer anderen Ausführungsform zwischen Verbindungsabschnitten 1 16 angebracht.

Beispielhaft ist in Figur 1 weiter eine Schütte 122 skizziert. Über die Schütte 122 wird das Fördergut 104 auf den Gurt 102 aufgebracht. Beispielsweise im Bereich hinter (bezüglich der Förderrichtung) der Schütte 122 kann eine Bandwaage 126 als eine Ausführungsform einer zweiten Sensorik 140 angeordnet sein. Die zweite Sensorik 140 kann eine Auflast, d. h. ein Gewicht des auf den Gurt 102 aufgebrachten Förderguts 104 bestimmen und einen entsprechenden Gewichtswert als Messwert an die Steuereinrichtung 1 18 bereitstellen. Die zweite Sensorik 140 kann auch auf einem anderen Messprinzip als dem der Gewichtsbestimmung basieren, beispielsweise auf einer Bestimmung eines Volumenstroms. In einer weiteren Ausführungsform kann die Beladung auch indirekt bestimmt werden, beispielsweise indem sie an einer anderen Stelle bestimmt und örtlich bzw. zeitlich zugeordnet wird. Beispielsweise kann ein zu- oder abgeführter Volumen- oder Massenstrom außerhalb des Gurtförderers 100 hierfür als Bezug dienen. Optional kann zusätzlich eine Temperatur im Bereich des Gurtförderers 100 bestimmt werden, beispielsweise mittels eines oder mehrerer Temperatursensoren 142. Ein Temperatursensor 142 kann ortsfest angebracht sein, beispielsweise im Bereich einer Trommel 132 oder zwischen Trommeln 132, oder der Temperatursensor 142 ist am Fördergurt 102 befestigt. Das Auslesen eines solchermaßen beweglichen Temperatursensors 102 kann an einer vorbestimmten Stelle drahtlos erfolgen, beispielsweise mittels RFID- Technologie. Dabei kann der Temperatursensor 132 noch weitere Informationen bereitstellen, insbesondere die oben angesprochenen Informationen über ein Fördergurtteilstück 1 14 oder einen Verbindungsabschnitt 1 16.

Es wird vorgeschlagen, mittels der ersten Sensorik 134, der zweiten Sensorik 140, der dritten Sensorik 120 und/oder des Temperatursensors 142 Informationen des Gurtförderers 100 im laufenden Betrieb zu sammeln und auf der Basis dieser Informationen einen Bewegungswiderstand entlang des Fördergurts 102 zu bestimmen. Der Bewegungswiderstand kann beispielsweise in Abständen von ca. einem Meter entlang des Fördergurts 102 bestimmt werden und ist üblicherweise unter anderem von einer Beladung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Fördergurts 102 abhängig. Weiter können auch ein Zugkraftverlauf und/oder ein Leistungsbedarf entlang des Fördergurts 102 bestimmt werden. Eine hierfür vorgeschlagene Vorgehensweise ist beispielsweise in WO 2017 001 203 A1 beschrieben, auf die hier explizit verwiesen wird. Ein Bestimmungsergebnis kann über eine Schnittstelle 124 nach außen bereitgestellt werden.

Da der Fördergurt 102 ein Endlosgurt ist, sollte der Verlauf der Zugkraft entlang des Fördergurts 102 nach einem vollen Durchlauf zu einem Endwert führen, der mit dem Ausgangswert übereinstimmt. In der Praxis ist eine genaue Übereinstimmung selten zu beobachten, die Abweichung des Endwerts der Zugkräfte entlang des Fördergurts 102 vom Ausgangswert sollte aber im zeitlichen Mittel null betragen. Ist dies nicht der Fall, so kann die Zugkraftbestimmung passend verändert werden. Auch die mittlere Abweichung der Endwerte von den Ausgangswerten der Zugkräfte über die Zeit kann einen Hinweis auf den Zustand der Gurtförderanlage liefern: ist die mittlere Abweichung (Standardabweichung) groß, so sind die Anlagenabschnitte und/oder

Fördergurtteilstücke sehr unterschiedlich in Bezug auf den von ihnen erzeugten Laufwiderstand und die Angleichung der diesbezüglich schlechten Abschnitte an die besten wird zu einer großen Verbesserung der Energieeffizienz führen; ist sie hingegen gering, so ist die Gurtförderanlage sehr homogen und eine Angleichung der schlechten Abschnitte an die besten hat ein entsprechend geringeres Verbesserungspotential. Zu den bestimmen Zugkräften kann eine Antriebsleistung errechnet werden, die zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zum Antrieb des Fördergurts 102 erforderlich ist. Die bestimmte Antriebsleistung kann mit einer tatsächlichen Wirkleistung des einen oder der mehreren Antriebe 1 12 verglichen werden. Eine geringe Abweichung der Leistungen kann auf eine gute Bestimmung der Antriebsleistung bzw. der zu Grunde liegenden Zugkraftbestimmung hinweisen. Eine

Energieeffizienz des Gurtförderers kann auf der Basis der aufgenommenen Antriebsleistung, Anlagenparametern wie einer Steigung oder Länge des Fördergurts 102 zwischen dem Aufgabebereich 106 und dem Abgabebereich 108 sowie einer Beladung mit Fördergut 104 bestimmt werden. Diese Bestimmung gilt jeweils für aktuelle Randbedingungen wie eine Beladung, eine Umgebungstemperatur, einen verwendeten Fördergurt 102, eine Justage der Tragrollen 1 10 etc.

Hat die Bestimmung der Zugkraft über die Länge des Fördergurts 102 eine vorbestimmte Qualität erreicht, so kann ein verwendetes Bestimmungsmodell dazu verwendet werden, die Energieaufnahme des Gurtförderers 100 für andere Werte der Betriebsparameter oder andere Randbedingungen zu bestimmen. Insbesondere können Normalwerte für vorbestimmte Betriebsparameter angesetzt werden, namentlich eine vorbestimmte Beladung, die insbesondere als über die Förderstrecke gleichverteilt angenommen werden kann, oder eine vorbestimmte Umgebungstemperatur. In der Folge kann ein Wert für die Energieeffizienz des Gurtförderers 100 bereitgestellt werden, der unabhängig von aktuellen Werten für die Betriebsparameter ist. Die bestimmte Energieeffizienz kann einerseits zur Bestimmung einer zeitlichen Entwicklung verwendet werden, sodass beispielsweise eine erforderliche Wartung des Gurtförderers 100 bestimmt oder eine Effizienzverbesserung etwa durch bauliche Maßnahmen nachgewiesen werden kann. Andererseits kann die bestimmte Energieeffizienz zum Vergleichen verschiedener Gurtförderer 100 verwendet werden. Auch grundlegend oder weitgehend unterschiedlich aufgebaute Gurtförderer 100, etwa im Tagebau und unter Tage, können so in einen energietechnischen und somit auch umwelttechnischen oder wirtschaftlichen Kontext gestellt werden. Figur 2 zeigt ein Verfahren 200 zum Bestimmen der Energieeffizienz eines Gurtförderers 100. Das Verfahren 200 ist bevorzugt zum Ablaufen auf der Steuereinrichtung 1 18 eingerichtet und kann ganz oder in Teilen in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, das auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert werden kann.

In einem Schritt 205 können Anlagenparameter des Gurtförderers 100 festgestellt werden, die den Streckenverlauf des Gurtes, die Anordnung und Art der Trommeln 132 und der Antriebe 1 12 sowie Position von Beladungssensorik 140, Gurtabschnittssensor 120 etc. beschreiben. Anlagenparameter ändern sich im laufenden Betrieb üblicherweise nicht oder nur sehr langsam, sodass dieser Schritt nur einmalig, nur nach einem Eingriff in den Aufbau des Gurtförderers 100 oder nur in vorbestimmten zeitlichen Abständen von mehreren Tagen, Wochen oder Monaten durchgeführt werden muss.

In einem Schritt 210 werden vorbestimmte Betriebsparameter am Gurtförderer 100 abgetastet. Betriebsparameter kennzeichnen üblicherweise einen laufenden Betrieb des Gurtförderers 1 10 und sind deutlich variabler als Anlagenparameter. Eine Abtastfrequenz von Betriebsparametern kann fest vorbestimmt sein und beispielsweise 1 Hz betragen, wobei eine höhere Abtastfrequenz eine verbesserte Verarbeitung erlauben kann. Die Abtastfrequenz kann auch von der Fördergeschwindigkeit v abhängen und ist bevorzugt so gewählt, dass eine hinreichend genaue Auflösung in Bezug auf die Gesamtlänge des Fördergurts 102 erzielt wird. An einem beispielhaften Gurtförderer 100 kann eine Abtastrate von 1 Hz einer Abtastung alle ca. 7,5 m entsprechen. Zu den Betriebsparametern können insbesondere die Bewegungsgeschwindigkeit v, eine Beladung des Fördergurts 102, eine Umgebungstemperatur, ei n e W i n d ri ch tu n g , ei n e W i n d stä rke , ei n e N i ed e rsch l a gs m en g e p ro Zeitei n h eit, eine

Temperatur des Fördergurts 102, ein Antriebsmoment, eine Antriebsdrehzahl, eine Wirkleistung oder eine Energieaufnahme eines Antriebs 1 12 zählen. Die abgetasteten

Betriebsparameter werden bevorzugt für eine nachfolgende Verarbeitung zumindest vorübergehend abgespeichert.

Die Temperatur des Fördergurts 102 kann mittels eines thermodynamischen Gurtmodells bestimmt werden. Das Modell kann insbesondere einen Energieeintrag aufgrund der zuvor bestimmten Laufwiderstände berücksichtigen. Ferner kann das Modell eine Außentemperatur berücksichtigen. Als Parameter des Modells können ein vorbestimmter Wärmeübergang zwischen dem Fördergurt und der Umgebung und/oder eine spezifische Wärmekapazität des Fördergurts 102 vorbestimmt sein.

In einem Schritt 215 wird auf der Basis der gesammelten Informationen ein Laufwiderstand des Fördergurts 102 entlang seiner Förderrichtung bestimmt. Die Bestimmung kann kontinuierlich oder bezüglich vorbestimmten Abständen des Fördergurts 102 durchgeführt werden. Die Schritte 210 und 215 werden bevorzugt kontinuierlich betrieben, solange der Gurtförderer 100 in Betrieb ist. In einer Variante kann die Bestimmung im Schritte 215 auch auf zuvor abgespeicherten Informationen des Schritts 210 durchgeführt werden.

In einem Schritt 220 kann auf der Basis der bestimmten Informationen, insbesondere auf der Basis des Laufwiderstands, eine Energieaufnahme des Gurtförderers 100 bestimmt werden. Zusätzlich kann in einem Schritt 225 eine tatsächliche Energieaufnahme oder eine Wirkleistung des Antriebs 1 12 bzw. des einen oder der mehreren Motoren 144 bestimmt werden. Die beiden Energieaufnahmen können in einem Schritt 230 auf Übereinstimmung überprüft werden. Liegen beide Energieaufnahmen - bezüglich eines vorbestimmten Kriteriums - nahe aneinander, so ist die Bestimmung des Laufwiderstands bzw. der Energieaufnahme korrekt. Liegen die Energieaufnahmen weiter als ein vorbestimmtes Maß auseinander, so ist die Bestimmung noch nicht genau genug. Auf der Basis der bestimmten Abweichung können die Bestimmungen in den Schritten 215 und/oder 220 angepasst werden.

In einer anderen Ausführungsform können eine oder mehrere im Rahmen einer der Bestimmungen 220, 225 verwendeten Abbildungen zwischen Eingangs- und Ausgangsparametern in ihren Verarbeitungsparametern verändert werden. Dazu können unterschiedliche Anpassungen von Abbildungen ausprobiert werden, um eine zu finden, die möglichst gut zu dem vorliegenden Datenmaterial passt. Dabei kann unerheblich sein, ob die Anpassung physikalisch nachvollzogen werden kann oder nicht, entscheidend ist üblicherweise nur, wie gut die Abbildung gelingt. Das Ausprobieren kann nach Art einer Monte-Carlo-Methode, einer Evolutionsstrategie, mittels Mixed Integer-Optimierung oder eines Greedy- Algorithmus unterstützt werden, um zu besseren Ergebnissen zu führen, ein gutes Ergebnis schneller zu finden oder die Qualität des Ergebnisses besser bewerten zu können. In noch einer weiteren Ausführungsform können ein selbstlernender Algorithmus oder ein Kalman-Filter zur Bestimmung verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann zwischen einem Lernbetrieb zur raschen Anpassung der Bestimmung an den vorliegenden Gurtförderer 100 und einem Ausführungsbetrieb unterschieden werden, in welchem nur noch langsamere oder gar keine Anpassungen an den Bestimmungen mehr vorgenommen werden. In anderen Ausführungsformen können beide Betriebsarten parallel betrieben werden bzw. zusammenfallen.

Unabhängig davon kann in einem Schritt 235 eine Summe der bestimmten Laufwiderstände über die Gesamtlänge des Fördergurts 102 bestimmt werden. Die Gesamtlänge betrifft dabei einen vollständigen Umlauf des Fördergurts 102. Wird der Laufwiderstand stufenlos bestimmt, kann an Stelle einer Summe über Laufwiderstände für Abschnitte des Fördergurts auch ein Integral über den ortsbezogenen Laufwiderstand bestimmt werden. In beiden Fällen wird üblicherweise an einer beliebigen Stelle begonnen und für vorbestimmte, aneinander angrenzende Abschnitte des Fördergurts 102 jeweils eine Zugkraftdifferenz bestimmt. Läuft das betrachtete Teilstück beispielsweise über eine Antriebstrommel 132, so entspricht deren Antriebskraft der Zugkraftdifferenz im Fördergurt 102 an Stellen vor und nach der Antriebstrommel 132. An einer Steigung kann die Zugkraftdifferenz positiv, an einem Gefälle negativ gewertet werden. Die Zugkraftdifferenzen aller Abschnitte des Fördergurts 102 summieren sich idealerweise zum dem Wert, mit dem an der gewählten Stelle begonnen wurde. Das Maß der Abweichung der Summe vom initialen Wert weist auf eine Bestimmungsqualität des Schritts 210 bzw. 215 hin. Eine hohe Abweichung kann eine niedrige Bestimmungsqualität kennzeichnen und umgekehrt. Ist die Bestimmungsqualität niedrig, so kann die Bestimmung der Zugkraft durch Anpassen der oben beschriebenen Abbildungen angepasst werden, um die Qualität der Bestimmung zu verbessern.

Die Bestimmung der Zugkraft wird aktuell häufig nach den Vorgaben der DIN 22101 durchgeführt. Es wird vorgeschlagen, den dort verwendeten F-Wert nicht als statisch anzunehmen, sondern in der hierin beschrieben Weise abhängig von vorbestimmten Betriebsparametern, insbesondere der Umgebungstemperatur und/oder der Beladung, zu bestimmen. Im kontinuierlichen Betrieb des Gurtförderers 100 kann auch die genannte Abweichung periodisch oder kontinuierlich bestimmt werden. Als Maß für die Qualität der Bestimmung kann auch die zeitliche Varianz der Abweichung verwendet werden, also ein Maß für eine zeitliche Änderung der Abweichung. Eine geringe Varianz weist üblicherweise auf eine hohe Bestimmungsqualität hin und umgekehrt.

In einem Experiment konnte an einem beispielhaften Gurtförderer 100 nach dem Auswerten von Daten über einige Tage eine Abweichung der bestimmten Energieaufnahme von der gemessenen im Bereich von ca. 0,1 - 0,3 % der installierten Antriebsleistung erreicht werden.

Kann eine ausreichend hohe Bestimmungsqualität erzielt werden, liegen also insbesondere genannte Abweichungen in den Schritten 230 oder 235 unterhalb vorbestimmter zugeordneter Schwellenwerte, so kann die Energieeffizienz des Gurtförderers in einem Schritt 240 bezüglich vorbestimmter Normalparameter bestimmt werden. Die Normalparameter können insbesondere eine vorbestimmte, bevorzugt über die Länge des Obertrums gleichmäßige Beladung des Fördergurts 102 mit Fördergut 104 und/oder eine vorbestimmte Umgebungstemperatur betreffen. Unter Umständen kann die Energieeffizienz bezüglich Werten bestimmt werden, welche die betrachteten Betriebsparameter nie eingenommen hat. Die Bestimmung der Energieeffizienz erfolgt dabei bevorzugt auf der Basis der Vorgehensweise und durchgeführten Anpassungen oder Optimierungen im Schritt 215 bzw. 230.

Zu den oben beschriebenen Bestimmungen sind verschiedene Variationen, Weiterentwicklungen und Ausführungsformen denkbar.

Gurt- und Anlagenabschnittseffizienz

Die Güte der einzelnen Fördergurtteilstücke 1 14 und die der einzelnen Anlagenabschnitte in Bezug auf Energieeffizienz kann über die Zeit dadurch ermittelt werden, dass eine bestimmte Effizienz jeweils mit einer aktuellen Beladung gewichtet und den jeweils beteiligten einzelnen Gurt- oder Anlagenabschnitten zugeordnet wird. Bestimmte Energieeffizienzen der einzelnen Fördergurtteilstücke 1 14 oder Anlagenabschnitte können über die Zeit betrachtet werden, um die Teilstücke 1 14 bzw. Anlagenabschnitte miteinander oder mit einem Durchschnitt zu vergleichen. So können beispielsweise ein besonders energieeffizientes oder ein besonders energieineffizientes Teilstück 1 14 bzw. ein Anlagenabschnitt erfasst werden. Im Anschluss kann eine genauere Analyse Gründe für die abweichende Energieeffizienz zeigen. Insbesondere kann ein Potential zur Optimierung der Energieeffizienz gezielt bestimmt und ausgenutzt werden.

Beispielsweise kann ein energetisch unterdurchschnittliches Fördergurtteilstück 1 14 identifiziert werden, welches gegen ein anderes ausgetauscht werden kann, um insgesamt die Energieeffizienz des Gurtförderers 100 zu verbessern. Erfahrungen über die Qualität, die Haltbarkeit oder das Preis-Leistungs- Verhältnis unterschiedlicher Fördergurtteilstücke 1 14 können bei einer Neubeschaffung genutzt werden. Die Erfahrungen können auch zur Optimierung eines verwendeten Produkts verwendet werden.

Mechanische und elektrische Leistungsgrenze

Ein Gurtförderer 100 kann überlastet werden, was zu einem ungeplanten Stillstand führen kann.

In einem ersten Fall kann eine elektrische Leistungsgrenze des Gurtförderers 100 im Betrieb überschritten werden. Dabei kann mindestens einer der Antriebe 1 12 über längere Zeit oberhalb seiner projektierten Leistung laufen, wodurch es zu einer Aufheizung kommt, bis eine hierfür vorgesehene Überwachungs- einrichtung die Anlage abschaltet. Der Antrieb 1 12 kann beispielsweise einen Asynchronmotor umfassen, der bei Überlastung in vergrößerten Schlupf geführt wird, sodass der Wirkungsgrad sinkt und vermehrt elektrische Leistung zur Erwärmung des Motors verwendet wird. Umfasst der Gurtförderer 100 mehrere Antriebe 1 12, so kann bereits eine verbesserte Aufteilung der Belastung auf die einzelnen Antriebe 1 12 zu einer signifikanten Verzögerung oder Vermeidung eines Stillstands wegen Überlastung führen.

In einem zweiten Fall kann eine mechanische Leistungsgrenze des Gurtförderers 100 bzw. eines seiner Elemente überschritten sein. Beispielsweise kann es an einer Antriebstrommel 132 zu Schlupf kommen, weil die zur Übertragung der eingesetzten Antriebsleistung nötige Gurtvorspannung nicht ausreicht (Verletzung der Eytelwein-Bedingung). Da ein Gleitreibwert zwischen Antriebstrommel 132 und Fördergurt 102 im Allgemeinen deutlich niedriger ist als ein Haftreibwert, sinkt beim Auftreten von Schlupf die an diesem Antrieb 1 12 übertragbare Umfangskraft, wodurch die Belastung der anderen Antriebe 1 12 ansteigt. Gleichzeitig erfolgt eine Aufheizung in der Schlupfzone aufgrund der durch den Schlupf entstehenden Verlustleistung (Umfangskraft mal Differenzgeschwindigkeit), was schnell zu einem Brand führen kann, wenn der Gurtförderer 100 nicht vorher abgeschaltet wird. Eine automatische Abschaltung kann entweder durch eine Schlupfüberwachungseinrichtung an der schlupfenden Antriebstrommel 132 oder durch eine Leistungsüberwachung an einem der anderen Antriebe 1 12 erfolgen.

In beiden Fällen kann es zu einem längeren Stillstand des Gurtförderers 100 kommen, da durch die Abschaltung der Grund für die Überlast noch nicht beseitigt ist. Außerdem kann das Anfahren des Gurtförderers, bei dem der Fördergurt 102 mit dem Fördergut 104 aus dem Stillstand heraus beschleunigt werden muss, eine besondere Belastung für den Gurtförderer 100 darstellen, sodass ein erneuter Ausfall droht.

Üblicherweise ist für jeden Motor 144 eine elektrische Leistungsgrenze bekannt. Durch die Leistungsbestimmung bzw. Leistungsmessung kann für jeden Motor 144 eine Leistungsreserve bestimmt werden, die angibt, wie weit der Motor 144 von seiner Leistungsgrenze entfernt ist. Steigt die Antriebsleistung des Gurtförderers 100 prozentual um mehr als die geringste der Leistungsreserven aller Motoren 144 an, so kann der entsprechende Motor überlastet werden.

Durch den Einsatz des hierin vorgestellten Bestimmungsmodells des Gurtförderers 100 können die Gurtzugkräfte vor und hinter den Antriebstrommeln 132 zu jedem Zeitpunkt berechnet werden, womit auch die mechanische Leistungsgrenze eines Antriebs 1 12 wie folgt berechnet werden kann. Es gilt:

^qac,qeq qqίqe/i ^Eax.EechaiMEch/^l ®qac * v/ΐ)

Hierin sind:

P max, elektrisch die maximal übertragbare elektrische Wirkleistung des Antriebs 1 12 P max, mechanisch die mechanisch maximal übertragbare Leistung des Antriebs 1 12 h der Wirkungsgrad des Antriebs 1 12

Umax die maximal übertragbare Umfangskraft an einer zugeordneten

Antriebstrommel 132

v die Gurtgeschwindigkeit an dieser Antriebstrommel 132

Tl ,max die maximal mögliche Gurtzugkraft im Auflaufpunkt (bei motorischem

Betrieb), bzw. bei generatorischem Betrieb im Ablaufpunkt dieser Antriebstrommel 132

T₂ die mögliche Gurtzugkraft im Ablaufpunkt (bei motorischem Betrieb), bzw. bei generatorischem Betrieb im Auflaufpunkt dieser

Antriebstrommel 132

m der Reibwert zwischen Fördergurt 102 und Antriebstrommel 132 a der Umschlingungswinkel des Fördergurts 102 um die

Antriebstrommel 132 im Bogenmaß

Unter einem Antrieb 1 12 wird hierbei eine Antriebstrommel 132 mit einem oder maximal zwei Antriebssträngen mit je einem Motor 144 verstanden.

Eine maximal mögliche Antriebsleistung ergibt sich aus der Leistungsgrenze eines Antriebs 1 12 (mechanisch oder elektrisch), die zuerst erreicht wird. Durch den Einsatz des hierin beschriebenen Bestimmungsmodells des Gurtförderers 100 kann bestimmt werden, welche Förderleistung hierbei erbracht werden kann. Somit wird es möglich, die Leistungsreserven des Gurtförderers 100 besser auszunutzen und gleichzeitig die Gefahr einer Überlast zu reduzieren.

Beispielsweise kann der Gurtförderer 100 näher an seiner Leistungsgrenze betrieben werden, da sowohl diese als auch eine gegenwärtig aufgebrachte Leistung bekannt sind. Eine Überlastung wie in einem der oben beschriebenen Fälle, welcher einen Anlagenstillstand mit sich bringen würde, kann trotzdem sicher vermieden werden.

Schlupfüberwachung Kommt es an einer Antriebstrommel 132 zu Schlupf, so bricht an dieser Trommel 132 schlagartig die Antriebsleistung auf einen niedrigeren Wert ein, welcher durch den dann herrschenden Gleitreibwert bestimmt wird. Gleichzeitig muss die nun fehlende Antriebsleistung von den anderen Antrieben 1 12 zusätzlich erbracht werden. Durch einen Vergleich der Antriebsleistungen der Antriebe 1 12 kann ein solcher Schlupfvorgang frühzeitig erkannt werden. Eine Gegenmaßnahme, beispielsweise ein Reduzieren der Bandgeschwindigkeit oder eine Umverteilung der Antriebsleistungen auf die Antriebe 1 12, kann die Schlupfgefahr verringern.

Aus den Gurtzugkräften unmittelbar vor Auftreten des Schlupfes lässt sich der Haftreibwert m durch Umformen der oben angegebenen Eytelwein-Beziehung ermitteln:

m = Z^h(Ti/T₂)/a

Für diese Bestimmung können die Antriebsleistung gegebenenfalls gefiltert werden, um insbesondere ein Messrauschen zu verringern.

Bei jedem Schlupfvorgang kann der so ermittelte Haftreibwert zusammen mit den gerade herrschenden Umgebungsbedingungen, also insbesondere den für die Bestimmung der Antriebsleistung betrachteten Betriebsparametern, abgespeichert und für künftige Prognosen der mechanischen Leistungsgrenze verwendet werden. Der während des Schlupfvorgangs wirksame Gleitreibwert kann analog aus den Gurtzugkräften während des Schlüpfens berechnet und abgespeichert werden.

Zusätzlich kann diese Vorgehensweise über die Zeit genauere Kenntnisse liefern, mit welchen Haft- oder Gleitreibwerten bei den eingesetzten Fördergurtteilstücken 1 14 oder Trommelbelägen tatsächlich gerechnet werden darf. Insbesondere kann so eine unglückliche Materialpaarung identifiziert werden, wenn beispielweise ein bestimmter Trommelbelag in Kombination mit einem bestimmten Fördergurtteilstück 1 14 einen unterdurchschnittlichen Reibwert ergibt. Mangels besserer Kenntnis werden bislang für Reibwerte häufig Tabellenwerte eingesetzt, um den Gurtförderer 100 auszulegen oder zu betreiben.

Leistungsaufteilung zwischen den Antrieben

Im Idealzustand wird die benötigte Antriebsleistung eines Gurtförderers 100 derart auf die Antriebe 1 12 aufgeteilt, dass jeder Motor 144 die gleiche Auslastung bezüglich seiner Nennleistung erfährt, also beispielsweise alle Motoren 144 bei ca. 70% ihrer Belastungsfähigkeit laufen. In der Praxis kommt es aber teilweise zu deutlichen Unterschieden zwischen den Auslastungen, sodass nur eine geringere als eine projektierte Förderleistung maximal möglich ist. Mögliche Ursachen hierfür umfassen:

(1 ) Toleranzen der beteiligten Motoren 144

(2) unterschiedliche Versorgungsspannungen (z.B. aufgrund von

Leitungsverlusten bei langen Zuleitungen)

(3) unterschiedliche Getriebeübersetzungen an den Antrieben 1 12

(4) unterschiedliche Trommeldurchmesser (z.B. aufgrund von

Fertigungstoleranzen oder Verschleiß von Trommelbelägen)

(5) unterschiedliche Gurtdehnung aufgrund unterschiedlicher Gurtzugkräfte; insbesondere bei Gewebegurten, deren Elastizität 5 bis 15 mal so groß ist wie die von Stahlseilgurten bei gleicher Nennfestigkeit

Bei geregelten Antrieben 1 12 kann ein aktiver Ausgleich und damit eine ideale Lastaufteilung erfolgen, jedoch um den Preis eines geringeren Wirkungsgrades des Gurtförderers 100, da der am stärksten fördernde Antrieb 1 15 über einen zusätzlichen (elektrischen oder hydrodynamischen) Schlupf auf das Niveau der anderen Antriebe 1 12 abgesenkt wird.

Figur 3 zeigt einen Zusammenhang zwischen Motorleistungen (vertikal) und einer Gurtgeschwindigkeit (horizontal). Ein erster und ein zweiter Antrieb 1 12 werden mit unterschiedlichen Trommeldurchmessern, leicht unterschiedlichen Motorkennlinien und/oder unterschiedlicher Gurtdehnung betrieben. Eine erste Kennlinie 305 zeigt die Motorleistung des ersten Antriebs 1 12 für verschiedene Gurtgeschwindigkeiten, eine zweite Kennlinie 310 die Motorleistung für den zweiten Antrieb und eine dritte Kennlinie 315 für beide Antriebe 1 12 zusammen, die im selben Gurtförderer 100 betrieben werden.

Aufgrund der oben genannten Ursachen (1 ) und (2) weisen die Kennlinien 305 und 310 unterschiedliche Neigungen auf; die Ursachen (3), (4) und (5) bewirken Parallelverschiebungen in der Darstellung.

Durch den Einsatz eines Bestimmungsmodells des Gurtförderers 100 können die Kennlinien 305 und 310 aus den Betriebsparametern des Gurtförderers 100 bestimmt werden. Diese Betriebsparameter umfassen insbesondere die Gurtgeschwindigkeit an einer Stelle, bekannte Gurtzugkräfte an dieser Stelle wie auch an allen Antriebstrommeln 132, sowie bekannte Wirkleistung an allen Motoren 144).

Während die Getriebeübersetzungen (3) sich im Betrieb nicht ändern und der Einfluss der Gurtdehnung (5) direkt berechnet werden kann, können sich die Einflüsse (1 ), (2) oder (4) mit der Zeit verändern. Durch eine Überwachung dieser Kennlinien 305 und 310 jeweils hinsichtlich Neigung und vertikaler Lage können Veränderungen der Leistungsaufteilung und die zugrunde liegenden Ursachen frühzeitig erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen verbessert eingeleitet werden.

Ereignisbasierte Benachrichtigungen

Durch den Einsatz des hierin vorgeschlagenen Bestimmungsmodells des Gurtförderers 100 während dessen Betrieb können Ereignisse („Events“), die für den Betrieb und die Instandhaltung bedeutsam sind, automatisch erkannt und an den oder die zuständigen Betreuer (per SMS, Mail o.ä.) mit allen für die Beurteilung relevanten Informationen übermittelt werden. Solche Events können beispielsweise folgende umfassen:

- Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts der Gurt- oder Anlagenabschnittseffizienz an einem vorbestimmten oder beliebigen Abschnitt; - Änderung der normierten Anlageneffizienz, wobei die Normierung insbesondere auf eine vorbestimmte Referenztemperatur und/oder Referenzbeladung erfolgen kann;

- Unterschreiten einer vorbestimmten minimalen Leistungsreserve;

- Auftreten eines Schlupfvorgangs;

permanente Änderung der Leistungsaufteilung zwischen den Antriebs 1 12, gegebenenfalls oberhalb eines definierten Grenzwerts

Solche automatische Mitteilungen können archiviert werden, beispielsweise für eine spätere statistische Auswertung. Ebenso kann vorgesehen werden, dass der Erhalt einer Mitteilung von einem vorbestimmten Empfänger zu quittieren ist. Optional können auch ein Kommentar einer Bedienperson, eine Auswahl einer erkannten Ursache oder eine getroffenen Maßnahme abgespeichert werden. Ein Wartungszustand oder eine Verfügbarkeit des Gurtförderers 100 können durch konsequente Nutzung dieser Funktion im Lauf der Zeit erheblich verbessert werden.

Lastkollektive

Durch den Einsatz des vorgeschlagenen Bestimmungsmodells des Gurtförderers 100 sind zu jedem Zeitpunkt für jeden Punkt entlang des endlos umlaufenden Fördergurts 102 und auch für jeden Punkt des Gurtförderers 100 eine örtliche Beladung 104 und eine örtliche Gurtzugkraft bekannt. Diese können sowohl einem Fördergurtteilstück 1 14 als auch einem Anlagenabschnitten zugeordnet werden.

Diese Werte können jeweils für einen vorbestimmten Zeitraum abgespeichert werden. Für jeden abgespeicherten Zeitraum können für jedes Fördergurtteilstück 1 14, für jeden Verbindungsabschnitt 1 16 oder für jeden Anlagenabschnitt und die in diesem Abschnitt vorhandenen ortsfesten Teile des Gurtförderers 100, etwa Tragrollen und Trommeln 132, das Lastkollektiv angegeben werden. Dadurch wird es möglich, bei Ausfall einer Komponente diese mit anderen zu vergleichen und Aussagen über die erzielbare Lebensdauer dieser Komponente zu treffen. So können eine objektive Wirtschaftlichkeits- betrachtung bei der Ersatzbeschaffung oder eine gezielte Weiterentwicklung von Komponenten unterstützt werden. Berücksichtigung der Temperatur des Fördergurts

Die über einen kompletten Gurtumlauf gemittelte Energieeffizienz ist in der Regel nicht konstant, da die Laufeigenschaften des Fördergurts 102 oder der Tragrollen 132 jeweils von ihrer aktuellen Temperatur abhängen. Die Temperaturen können durch die Umgebungstemperatur oder einen schwankenden Förderstrom beeinflusst werden. Unter den Betriebsparametern, die zur Beschreibung des Leistungsbedarfs des Gurtförderers 100 unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustands verwendet werden, können einer oder mehrere den Einfluss der Gurttemperatur auf den Laufwiderstand nachbilden.

Die Gurttemperatur kann insbesondere direkt gemessen und in das Berechnungsmodell eingeführt werden. Dabei ist weiter bevorzugt, dass die Temperatur des Fördergurts 102 an mehreren Stellen entlang der Förderstrecke bzw. des Fördergurts 102 bestimmt wird. Alternativ können auch Temperaturen von einer oder mehreren Trommeln 132 bestimmt werden. Die Temperatur einer Trommel 132 kann jeweils der Temperatur des Fördergurts 102 an der gleichen Stelle entsprechen. Die Temperatursensoren 142 sind bevorzugt über die Förderstrecke möglichst gleichverteilt, sodass jeweils benachbarte Sensoren im Wesentlichen den gleichen Abstand zueinander aufweisen.

Thermodynamisches Gurtmodell

Die Messung der Gurttemperatur kann aufwändige Sensoren oder eine fehleranfällige Datenfernübertragung erfordern, insbesondere wenn mehrere Temperatursensoren 142 an unterschiedlichen Stellen des Gurtförderers 100 verwendet werden sollen. Je weniger Temperatursensoren 142 verwendet werden, desto weniger genau kann die Temperaturbestimmung sein, sodass der Temperatureinfluss unter Umständen nur ungenau oder mit größerer Verzögerung nachvollzogen werden kann.

Die Bestimmung der Gurttemperatur kann daher ein thermodynamisches Modell umfassen, in welchem beispielsweise ein erster Parameter die Wärmekapazität des Fördergurts 102 und ein zweiter den Wärmeübergang zwischen dem Fördergurt 102 und der Umgebung beschreibt. Da der Fördergurt 102 üblicherweise durch geleistete Verformungsarbeit erwärmt wird, liegt seine Temperatur allgemein höher als die der Umgebung.

Der Wärmeeintrag kann aus den entsprechenden Teilen des Laufwiderstands, die zu einer Aufheizung des Fördergurtes 102 oder der Tragrollen 132 führen, berechnet werden. Eine mögliche Realisierung dieses thermodynamischen Modells stellt folgende Gleichung dar:

Hierbei sind: tcurt, i die Gurttemperatur zum Zeitpunkt i

tGurt,i+1 die Gurttemperatur zum Zeitpunkt i+1

tljmgebung die Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt i+1

Wärmeeintrag der Wärmeeintrag aus dem Laufwiderstand

erster Parameter, der die Wärmekapazität des Fördergurts 102 abbildet

zweiter Parameter, der den Wärmeübergang des Fördergurts 102 abbildet

Dabei wird von einem Zeitraster ausgegangen, in welchem benachbarte Zeitpunkte i, i+1 jeweils durch eine konstante Zeit voneinander getrennt sind. In einer Variante des Modells wird nicht die Temperatur des gesamten Fördergurts 102 betrachtet, sondern für jeden Beladeblock die Temperatur des ihn tragenden Fördergurtteilstücks 1 14 von der Aufgabe 106 bis zur Übergabe 108 berechnet.

Bevorzugt wird für den laufenden Gurtförderer 100 ein höherer Wärmeübergang als für den stillstehenden Gurtförderer 100 angenommen.

Der Wärmeübergang kann weiterhin durch Wind und Regen beeinflusst sein. Diese Einflüsse können durch eine Wetterstation 143 erfasst und somit auch bei der Berechnung der Temperatur der Fördergurtteilstücke berücksichtigt werden.

Als Starttemperatur t_Gurt,o zum Zeitpunkt i=0 kann eine Umgebungstemperatur angesetzt werden. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn der Gurtförderer 100 länger als eine vorbestimmte Zeit stillgestanden hat. Die Umgebungstemperatur kann mittels eines dedizierten Sensors bestimmt oder beispielsweise von einem Wetterbeobachtungs- oder vorhersagedienst bezogen werden. Diese sehr genaue und detaillierte Betrachtung der Gurttemperatur kann die Berechnung der gesamten Gurtförderanlage 100 verbessern und diese der Realität sehr nahe angleichen. Höchst genaue Aussagen zur Gesamtenergieeffizienz, der Effizienz einzelner Abschnitte und Fördergurtteilstücke 1 14, sowie zu Änderungen derselben, sind damit möglich.

Je genauer die Bestimmung des Laufwiderstands ist, umso besser lassen sich bereits kleine Maßnahmen zur Effizienzverbesserung nachweisen. In Deutschland bilden Verbesserungen der Energieeffizienz und speziell die valide und lückenlose Dokumentation der Datenherkunft und Berechnung die

Grundlage für eine Befreiung von der Stromsteuer nach § 10 StromStG. Mittels der hierin aufgezeigten Vorgehensweise kann die Energieeffizienz eines Gurtförderers 100 genau und auf vorbestimmte Normalparameter bezogen angegeben werden.

Bezugszeichen

100 Gurtförderer, Gurtförderanlage

102 Fördergurt, Band

104 Fördergut, Beladung

106 Aufgabebereich

108 Abgabe- bzw. Übergabebereich

1 10 Tragrolle

1 12 Antrieb

114 Fördergurtteilstück

116 Verbindungsabschnitt zweier Fördergurtteilstücke

118 Steuereinrichtung

120 dritte Sensorik, Verbindungsabschnitt-Sensor

122 Schütte

124 Schnittstelle

126 Bandwaage

132 Umlenkrolle, Trommel, ggf. antreibbar

134 erste Sensorik (Energieaufnahme)

136 Momentsensor

138 Drehzahlsensor

140 zweite Sensorik (Beladungssensor)

142 T emperatursensor

143 Wetterstation

144 Motor

146 Kupplung, insbesondere hydrodynamisch

148 Getriebe

200 Verfahren

205 Bestimmen Anlagenparameter

210 Bestimmen Betriebsparameter

215 Bestimmen Laufwiderstand

220 Bestimmen Energieaufnahme

225 Abtasten Energieaufnahme

230 Übereinstimmung?

235 Abweichung der Summe über Bandlänge nahe an null?

240 Bestimmen allgemeine Energieeffizienz erste Kennlinie (erster Antrieb) zweite Kennlinie (zweiter Antrieb) dritte Kennlinie (beide Antriebe)

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren (200) zum Überwachen eines Gurtförderers (100) mit einem

umlaufenden Fördergurt (102), wobei das Verfahren (200) folgende Schritte umfasst:

- Bestimmen (210) wenigstens eines Betriebsparameters des Gurtförderers

(100);

- Bestimmen (215) von Laufwiderständen an unterschiedlichen Stellen entlang des Fördergurts (102) auf der Basis des wenigstens einen bestimmten Betriebsparameters und einer Temperatur des Fördergurts (102);

- Bestimmen (235) einer Summe der bestimmten Laufwiderstände über die Länge des Fördergurts (102);

- Bestimmen (220) einer Antriebsleistung des Gurtförderers (100) auf der Basis der bestimmten Summe; und

- Anpassen (215) der Bestimmung der Laufwiderstände, um eine

Abweichung der bestimmten Antriebsleistung von einer gemessenen Antriebsleistung zu minimieren.

2. Verfahren (200) nach Anspruch 1 , wobei die Temperatur des Fördergurts (102) für unterschiedliche Fördergurtteilstücke (1 14) individuell bestimmt wird.

3. Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur des

Fördergurts (102) mittels eines Modells auf der Basis einer Außentemperatur bestimmt wird.

4. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die

Temperatur des Fördergurts (102) mittels eines Modells auf der Basis eines Energieeintrags in den Fördergurt (102) bestimmt wird.

5. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die

Temperatur des Fördergurts (102) mittels eines Modells auf der Basis einer spezifischen Wärmekapazität des Fördergurts (102) bestimmt wird.

6. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des Fördergurts (102) mittels eines Modells auf der Basis eines Wärmeübergangs zwischen dem Fördergurt (102) und einer Umgebung bestimmt wird.

7. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Temperatur des Fördergurts (102) in diskreten Zeitschritten und jeweils bezüglich einer bezüglich eines vorangehenden Zeitschritts bestimmten Temperatur bestimmt wird.

8. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung eines Verfahrens (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung (1 18) ausgeführt wird oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.

9. Vorrichtung (1 18) zum Überwachen eines Gurtförderers (100) mit einem umlaufenden Fördergurt (102), wobei die Vorrichtung folgendes umfasst:

- eine Schnittstelle (124) zur Abtastung wenigstens eines

Betriebsparameters des Gurtförderers (100); und

- eine Verarbeitungseinrichtung (1 18), die dazu eingerichtet ist,

o Laufwiderstände an unterschiedlichen Stellen entlang des Fördergurts (102) auf der Basis des wenigstens einen bestimmten

Betriebsparameters und einer Temperatur des Fördergurts (102) zu bestimmen;

o eine Summe der bestimmten Laufwiderstände über die Länge des Fördergurts (102) zu bestimmen;

o eine Antriebsleistung des Gurtförderers (100) auf der Basis der

Summe zu bestimmen; und

o die Bestimmung der Laufwiderstände anzupassen, um eine