Die Erfindung betrifft Trommeln für einen Gurtförderer und einen Gurtförderer sowie ein Verfahren beim Betrieb des Gurtförderers.

Trommeln in Bandanlagen müssen gut ausgerichtet sein, damit es nicht zu Schieflauf des Gurtes kommt. Aufgrund der Größe und des Gewichts ist die Handhabung schwierig und die Ausrichtung mit Hilfsmitteln wie Wasserwaage, Lasermessgeräten o.ä. zeitaufwändig und umständlich. Auch kann eine Fehlausrichtung oft erst im laufenden Betrieb, z.B. durch Verformung des Stahlbaus oder Bewegung des Untergrunds, auftreten. Die zuverlässige Erkennung einer derartigen Fehlausrichtung ist derzeit noch nicht möglich.

Weiterhin sind schadhafte Trommeln häufig die Ursache von ungeplanten Betriebsstillständen. Zu spät erkannte Schäden wie etwa Risse im Trommelmantel oder Trommelboden können überdies zu gravierenden Schäden am Gurt führen.

Durch die Umschlingung der Trommel durch den z.T. sehr hoch vorgespannten Gurt kommt es häufig zu Gurtschäden, wenn Fremdkörper zwischen Gurt und Trommel gelangen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Gurt von unten auf die Trommel aufläuft. Da der Fremdkörper wieder auf den auflaufenden Gurt abgeworfen wird, kann es zu wiederholten Umläufen mit entsprechend hohem Schaden am Gurt kommen.

Aus der WO 2015/042661 A2 ist eine Lagerrolle für einen Gurtförderer bekannt, die mit Sensoren, insbesondere Temperatursensoren zur Überwachung des Zustandes der Lagerrolle, versehen ist. Die Lagerrolle ist mit einem Generator zur Gewinnung von elektrischer Energie versehen.

Aus der WO 2016/135642 A2 ist ein Gurtförderer bekannt, der mit einem System zur Prävention von Feuer versehen ist. Der Schaft einer Bandrolle des Gurtförderers ist mit einem Temperatursensor versehen. Diesem Sensor ist ein Transmitter zugeordnet, wobei der Transmitter die Sensorsignale zu einem vorgesehenen Receiver überträgt. Die für dieses Sensorsystem erforderliche Energie wird induktiv in der Bandrolle erzeugt.

Aus der WO 10033526 A1 ist beispielsweise ein System zur Überwachung des Zustandes des Fördergurtes bekannt.

Aufgrund von Gurtschieflauf und Trommelschäden und Gurtbeschädigung können Ausfallzeiten einer Gurtförderanlage bedingt sein.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Betriebskosten und die Stillstandszeiten des Gurtförderers zu reduzieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.

Zur Lösung der Aufgabe hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, eine Trommel mit Sensorik zu versehen, um durch die Trommel selbst eine Fehlausrichtung und/oder Gurtschädigung erkennen zu können. Dadurch können eine Abschaltung des Gurtförderers und/oder ein Hinweis auf Schadensart und Schadensort im Gurt erfolgen. Insbesondere kann bei einer Fehlausrichtung und bei einem Fremdkörper auf dem Trommelkörper die Entstehung eines Schadens verhindert werden. Für diese Schadenserkennung sind Kraftmesseinrichtungen und/oder Beschleunigungssensoren vorgesehen.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass auf jeder Seite der Trommelachse jeweils mindestens eine Kraftmesseinrichtung und ein Beschleunigungssensor, vorzugsweise 3-achsiger Beschleunigungssensor, vorgesehen sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kraftmesseinrichtung Dehnmessstreifen umfasst. Dehnmessstreifen haben sich als besonders geeignet herausgestellt, da sie sehr robust und preiswert sind und sehr genaue Messwerte liefern.

Jede Kraftmesseinrichtung besteht vorzugsweise aus mindestens zwei Dehnmessstreifen, die auf einem Kreisring versetzt angeordnet sind. Die Anzahl und Anordnung der Dehnmessstreifen werden idealerweise so gewählt, dass immer mindestens ein Dehnmessstreifen pro Kraftmesseinrichtung sich im selben Kreissegment befindet wie der aufliegende Gurt. Dadurch kann zu jedem Zeitpunkt ein gutes Signal für die Erkennung eines Gurtschadens, eines Fremdkörpers oder einer Gurtverbindung generiert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen Trommelmantel und Trommelachse eine Energiegewinnungseinrichtung, vorzugsweise ein Generator, angeordnet. Dadurch können die Sensoren mit elektrischer Energie und gegebenenfalls auch eine Fernmeldeeinrichtung und auch ein Signalprozessor mit elektrischer Energie versorgt werden. Somit ist eine kabelgeführte Energiezuführung von außen nicht erforderlich, was die Konstruktion vereinfacht. Bei Verwendung eines sich entladenden Energiespeichers wäre ein regelmäßiger Austausch erforderlich, was nachteilig ist. Für die Anordnung kann der innerhalb von Trommelmantel und Trommelboden vorhandene Platz ausgenutzt werden. Innerhalb der Trommel ist die Energieversorgung geschützt, z.B. vor Nässe und Staub, angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoren zwischen Trommelmantel und Lager der Trommelachse angeordnet sind. Dadurch sind die Sensoren von außen leicht zugänglich und können im Fall eines Defektes leicht ausgetauscht werden. Darüber hinaus sind insbesondere Fehlausrichtungen der Trommel anhand der Abweichungen der Sensordaten der beiden Seiten voneinander besonders gut erkennbar. Bei der Abweichung kann es sich um eine Differenz oder um einen zeitlichen Versatz handeln. In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass auf der Trommelachse ein Signalprozessor angeordnet ist. Durch diesen Signalprozessor kann bereits eine Verarbeitung der Messdaten vorgenommen werden. Dadurch ist es möglich, die Datenmenge an übertragenen Daten zu reduzieren, indem nur Datensätze übertragen werden, die auf eine Fehlausrichtung bzw. eine Beschädigung von Gurt und/oder Lager hindeuten.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, eine Fernmeldeeinrichtung vorzusehen. Mittels dieser Fernmeldeeinrichtung können die Messdaten der Sensoren drahtlos übertragen werden.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Fernmeldeeinrichtung außerhalb des Trommelkörpers anzuordnen, da dies zu einer höheren Signalstärke führt.

In einer Ausführungsvariante kann eine Signalleitung für eine Datenübertragung, z.B. mittels eines Schleifringes, vorgesehen sein. Dies kann insbesondere unter schwierigen Umgebungsbedingungen, bei denen eine Wireless Übertragung problematisch oder unzuverlässig ist, vorgesehen sein.

Bei dem Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Gurtförderers, insbesondere zur Überwachung mittels einer Trommel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ist vorgesehen, dass jeder Trommelseite zugeordnete Sensordaten, insbesondere Daten von Kraftmesseinrichtungen und/oder Beschleunigungssensoren, mit einer zeitlichen Zuordnung erfasst werden. Es erfolgt ein Vergleich der zeitlich zugordneten Sensordaten. Diese Sensordaten werden auch als Messdaten bezeichnet.

In einer Datenverarbeitung werden eine Fehlausrichtung und/oder eine Gurtschädigung aufgrund eines Fremdkörpers erkannt. Dafür werden erfasste Unterschiede der Sensordaten der unterschiedlichen Seiten, welche sowohl eine Differenz als auch einen zeitlichen Versatz umfassen können, herangezogen. Dabei kann in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, bereits eine Bearbeitung der Messdaten durchzuführen und nur Datensätze zu übertragen, bei denen es Auffälligkeiten gibt. Dadurch kann die Menge der übertragenen Daten reduziert werden. Es können in der Datenverarbeitung, vorzugsweise in der zentralen Datenverarbeitung, Daten hinterlegt sein, die direkt die Ausgabe einer Fehlausrichtung erlauben bzw. die Angabe, an welchem Ort welche Art der Beschädigung des Gurtes vorliegt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, mittels der Kraftmessdaten und der Daten der Beschleunigungssensoren eine Fehlausrichtung der Trommel zu erkennen.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensordaten von Sensoren zwischen Trommelboden und Lager aus beidseits angeordneten Kraft- und/oder Beschleunigungssensoren generiert werden. Dadurch sind Fehlausrichtungen aus den Sensordaten besonders gut zu erkennen.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, mindestens eine derartige Trommel in einem Gurtförderer so vorzusehen, dass in Verbindung mit der Messung der Gurtvorspannung die Gurtzugkraft an beiden Enden des unbeladenen Untertrums ermittelt werden kann. Die Gurtzugkräfte vor und hinter einer derartigen Trommel können wie folgt bestimmt werden:

Bei einer weder angetriebenen noch gebremsten Trommel sind beide Gurtzugkräfte nahezu gleich. Der Unterschied entsteht durch das Lagerreibmoment und kann im Vergleich zu den Gurtzugkräften vernachlässigt werden. Damit ist die Gurtzugkraft vor und hinter der Trommel je etwa die Hälfte der mittels Kraftsensoren gemessenen Achslast.

Bei einer angetriebenen oder gebremsten Trommel unterscheiden sich die beiden Gurtzugkräfte vor und hinter der Trommel durch die Umfangskraft, welche aus dem Torsionsspannungsanteil der Kraftmesseinrichtungen ermittelt werden kann. Sind die Gurtzugkräfte an beiden Enden des unbeladenen Untertrums bekannt, so ist es möglich, basierend auf den Messdaten der Kraftmesseinrichtungen den Tragrollenwiderstand zu bestimmen. Damit ist der Einsatz einer derartigen Trommel insbesondere vorteilhaft als Ergänzung des Voith-Produkts BeltGenius ERIC.

Da die Trommel periodisch mit dem gesamten Gurt in Berührung kommt, ist es möglich, die Qualität des Gurtes und der Gurtverbindungen zu überwachen. Aussagen über die Qualität des Gurtes und der Gurtverbindungen können sowohl aus den Messdaten der Beschleunigungs- als auch aus den Kraft- /Torsionsmomentdaten generiert werden. Die Kombination ergibt die beste Auflösung und Genauigkeit.

Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Fig.1 Fördergurt mit Umlenktrommel

Fig.2 Umlenktrommel in Schnittdarstellung

Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben.

In Figur 1 ist ein Ausschnitt eines Gurtförderers dargestellt. Es ist eine Trommel 7 gezeigt durch die Trommel 7 wird ein Gurt 1 umgelenkt. Der Gurt umfasst einen als Obertrum 6 bezeichneten Teil und einen als Untertrum 5 bezeichneten Teil die Laufrichtung des Gurtes ist als Gurtlängsachse mit der X-Achse bezeichnet. Die Gurtquerachse 3 entspricht der y-Achse und die z-Achse 4 verläuft entgegen der Erdanziehungskraft.

In Figur 2 ist die Trommel 7 detailiert dargestellt. Die Trommel 7 umfasst einen auf einer Trommelachse 20 gelagerten Trommelkörper 22. Die Trommelachse 20 ist beidseitig durch Lager 21 gelagert. Die Drehachse der Trommelachse ist mit 26 bezeichnet.

Für die Überwachungsaufgaben ist eine Trommel 7 mit einer Sensorik 10 zur Aufnahme von Messsignalen, einem Signalprozessor 24 für eine Signalverarbeitung und mit einer Fernmeldeeinrichtung 23 ausgestattet. Die aufgenommenen und generierten Daten können durch eine zugeordnete zentrale Datenverarbeitung 30 empfangen werden.

Konkret sind auf einer Trommelachse 20 Kraftmesseinrichtungen 11 angeordnet. In der gezeigten Ausführung sind Dehnmessstreifen 12 zur Erfassung von Biege- und Torsionsspannungen vorgesehen. In der gezeigten Darstellung sind diese Dehnmessstreifen 12 beidseitig vorgesehen. Darüber hinaus sind Beschleunigungssensoren 13, vorzugsweise 3-achsige, auf der Trommelachse 20, vorzugsweise auch beidseitig, angebracht. Die benötigte elektrische Energie für Sensorik 10, Signalprozessor 24 und Datenfernübertragung 23 erfolgt durch einen integrierten Generator 25. Der Generator gewinnt die elektrische Energie aus der Trommeldrehzahl.

Ausrichtung

Der Gurtgeradlauf und die zentrische Lage des Gurtes 1 auf der Trommel 7 werden von den Kraftmesseinrichtungen 11 erfasst. Einer Fehlausrichtung der Trommelachse 20 in Bezug zur Gurtlängsachse 2 können folgende Winkelfehler zugrunde liegen:

Verdrehung um die Hochachse 4, z-Achse in Figur 1 :

Dies führt zu erhöhten Randspannungen auf der einen Seite und zu verringerten auf der anderen, wodurch der Gurt 1 in Richtung der geringeren Randspannungen gesteuert wird. Während bei einem mittig aufliegenden Gurt 1 und symmetrischer Gurtspannungsverteilung die beiden Kraftmesseinrichtungen 11 auf der Trommelachse 20 links und rechts zwischen Trommelboden 28 und Lager 21 gleichgroße Kräfte in z-Richtung und praktisch keine in y-Richtung liefern, führt eine Verdrehung um die z-Achse zu ungleichen Kräften links und rechts in x- Richtung und zu axialen Kräften in y-Richtung. Aus der Achslast (Summe der beiden Kräfte in x-Richtung) und der axialen Kraft kann auf die Größe des Verdrehwinkels um die z-Achse geschlossen werden. Aus dem Verhältnis der beiden Kräfte in x-Richtung kann auf die Lage des Gurtes auf der Trommel geschlossen werden.

Verdrehung um die Gurtlängsachse 2 (x-Achse in Figur 1 ):

Die Orientierung eines 3D-Beschleunigungssensor 13 im Raum kann eindeutig bestimmt werden, da sich die Erdbeschleunigung entsprechend der Verdrehung des Sensors in den drei Koordinatenachsen wiederfindet. Sind die beiden Beschleunigungssensoren 13 z.B. so auf der Welle ausgerichtet, dass ihre y- Komponente parallel zur Trommelachse 20 liegt und ist die Trommel 7 horizontal ideal ausgerichtet (keine Verdrehung um die x-Achse), so findet sich die Erdbeschleunigung als Sinus- und Cosinus Signal lediglich in den x- und z- Komponenten gemäß dem Drehwinkel der Trommelachse, während die y- Komponente kein Signal aus der Erdbeschleunigung misst.

Bei einer Verdrehung der Trommel 7 um die x-Achse 2 hat auch die y- Komponente ein mit der Trommeldrehzahl periodisch schwankendes Signal aus der Erdbeschleunigung, dessen Höhe mit dem Winkelfehler korrespondiert.

Trommelschäden:

Bei intakten Trommelböden 28 und -mantel 29 erhöht der Trommelkörper 22 das Widerstandsmoment der Trommel 7 gegen Durchbiegung, welche aus dem Gewicht der Trommel, hauptsächlich aber aus dem Gurtzug erfolgt. Die Kraftsignale aus den beiden Kraftmesseinrichtungen 11 verhalten sich periodisch gleichförmig und die Durchbiegung findet sich als entgegengesetzt gleich großes sinusförmiges Kraftsignal in y-Richtung wieder. Ein Riss in einem der beiden Trommelböden 28 oder im Trommelmantel 29 wird zu einer charakteristischen Störung dieser Signale führen und im Vergleich der Signale von den beiden Seiten der Trommel 7 eine Bestimmung von Größe und Lage des Risses ermöglichen. Um das Signalmuster eines solchen Schadens zu bestimmen, kann die Auswirkung verschiedener Rissformen auf die Spannungsverteilung in der Trommelachse 20 mittels FEM berechnet werden. Diese Informationen können in einem Speicher hinterlegt sein. Dadurch ist eine Zuordnung und Charakterisierung des Schadens möglich. Die Signale der Beschleunigungssensoren 13 können zu einer Beurteilung des Zustands der beiden Lager 21 herangezogen werden.

Gurtschäden durch Fremdkörper:

Gerät ein Fremdkörper (etwa ein Stein) zwischen Trommel und Gurt, so wird sich dies in den Signalen der beiden Kraftmesseinrichtungen 11 eindeutig wiederfinden. Aus dem Vergleich der beiden Störsignale links und rechts kann auf die Position des Fremdkörpers in y-Richtung und aus der Höhe des Signals auf die Größe des Schadens geschlossen werden. Eine Angabe, in welchem Gurtteilstück und wo genau der erwartete Schaden sich befindet, ist ebenfalls möglich und wird nachfolgend beschrieben.

Überwachung Gurt und Gurtverbindungen:

Der komplette Fördergurt 1 einer Bandanlage wird aus einzelnen Gurtteilstücken zusammengesetzt - meistens durch Vulkanisation der entsprechend vorbereiteten Gurtenden, bei geringer festen Gurten teilweise auch durch mechanische Klammerverbindungen. In beiden Fällen stellen die Verbindungen eine örtlich scharf abgegrenzte Inhomogenität des Gurtes dar, welche sich sowohl in den Signalen der Kraftmesseinrichtungen 11 als auch in denen der Beschleunigungssensoren 13 eindeutig wiederfinden lassen. Da nicht alle Gurtstücke die gleiche Länge haben, kann aus der Abfolge der Verbindungen wie folgt auf die Gurtlängskoordinate geschlossen werden: Die Trommeldrehzahl kann aus den Signalen der Sensoren 10 sehr genau bestimmt werden. Anhand der Trommeldrehzahl und mit dem ebenfalls bekannten Trommeldurchmesser kann ein genaues Geschwindigkeitssignal, dessen zeitliche Integration die Längskoordinate liefert, bestimmt werden. Neigt der Gurt 1 selbst zu Schieflauf - etwa weil Verbindungen schief gefertigt sind oder weil durch Fehler im Fertigungsprozess sich die Gurtzugkraft nicht symmetrisch auf den Gurtquerschnitt verteilt, so wird sich dies in den Kraftsignalen wiederfinden. Die Summe der beiden Kraftsignale, bereinigt um den Anteil aus dem Trommelgewicht, entspricht der Achslast aus den beiden Gurtkräften (auflaufender und ablaufender Gurt). Die Höhe dieser Achslast ist abhängig von der Beladung und der aktuellen Antriebsleistung und ändert sich daher normalerweise nur sehr langsam. Ein aus dem Gurt selbst heraus entstehender Schieflauf wird zu einem mit Umlauffrequenz des Gurtes wiederkehrenden Muster in der Aufteilung der Achslast auf die beiden Kraftmesseinrichtungen 11 führen und kann somit erkannt und analysiert werden. Eine schadhaft werdende Verbindung sollte sich durch eine Veränderung des Signalmusters dieser Verbindung bei Passieren der Trommel 7 bemerkbar machen. Überdehnte Randseile des Gurtes verschieben die Achslast zur„gesunden“ Seite. Ein Kantenquerbruch zeigt sich in einer zeitlich scharf begrenzten asymmetrischen Aufteilung der Achslast.

Die permanente Messung der Achslast und der Trommeldrehzahl ermöglichen die Erstellung von Lastkollektiven und perspektivisch Lebensdauerprognosen.

Bei Antriebstrommeln, bei denen eine Momentenmessung im Antriebsstrang vor dem Getriebe vorhanden ist, kann das Verhalten des Getriebes durch Vergleich der Momentenmessung vor dem Getriebeeingang mit der Momentenmessung auf der Trommelachse 20 überwacht werden. Die Momentenmessung vor dem Getriebe kann z.B. im getriebeseitigen Teil einer füllungsgesteuerten Anfahrkupplung, auch als Turbokupplung bezeichnet, erfolgen. Die beschriebene Erfassung der Gurtlängskoordinate kann dazu genutzt werden, eine Applikation vorzusehen, wobei die Applikation von mobilen Geräten angezeigt werden kann. Dadurch wird es möglich sowohl sich in einem Remote Modus als auch wenn der Benutzer sich vor Ort befindet, sich die Messdaten und die Auswertung anzusehen. So können z.B.

- dem Benutzer angezeigt werden, wo welche Schäden im Gurt sind

- durch Zugriff der zentralen Datenverarbeitung 30 auf den Antrieb des Gurtförderers eine zielgerichtete Stillsetzung des Gurtes an einer vorgewählten Stelle ermöglicht werden. Dieser Zugriff kann auch durch ein mobiles Gerät mittels der Applikation vorgesehen sein. Darüber hinaus kann auch eine manuelle Eingabe eines Gurtschadens mit Zuordnung zur aktuellen Gurtposition vorgesehen sein. Im Zusammenhang mit dem Voith-Produkt BeltGenius ERIC ist der Einsatz mindestens einer solchen intelligenten Trommel in passender Position in Bezug auf die Messung der Gurtvorspannkraft einer Bandanlage vorteilhaft. Insbesondere ein Vorsehen einer derartigen Trommel im Heck hat sich als vorteilhaft herausgestellt.

Es können wertvolle zusätzliche Informationen erfasst werden. Anhand dieser Daten kann z.B. der Tragrollenlaufwiderstand genauer bestimmt werden oder das Fehlen einer kundenseitigen Messung der Gurtzugkraft ausgeglichen werden. Alternativ zu den Kraftmesseinrichtungen auf der Trommelachse können auch Sensoren zur Erfassung der Achslast in den Lagern oder den Lageraufstandsflächen herangezogen werden.

Bezuqszeichenliste

1 Gurt, Fördergurt

2 Gurtlängsachse, x-Achse ( Laufrichtung des Gurtes)

3 Gurtquerachse, y-Achse

4 z-Achse, Hochachse

5 Untertrum

6 Obertrum

7 Trommel

8

9

10 Sensorik, Sensoren

11 Drehmomentsensor, Kraftmesseinrichtung

12 Dehnmesstreifen

13 Beschleunigungssensor, dreiachsig

20 Trommelachse, Achse

21 Lager

22 Trommelkörper

23 Sende- und Empfangseinrichtung, Fernmeldeeinrichtung

24 Signalprozessor

25 el. Energiegewinnung, Generator

26 Drehachse

28 Trommelboden

29 Trommelmantel

30 zentrale Datenverarbeitung