AT16482U1 - System zur Überwachung des Zustands eines Förderbands - Google Patents

Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Förderbands vorgestellt, wobei das Förderband (9) angeordnet ist, um um wenigstens eine Antriebstrommel (20) und eine Umlenktrommel (21) zu rotieren und wobei ein Elektromotor (22, 23) angeordnet ist, um die Antriebstrommel (20) anzutreiben. Wenigstens eine Sensoreinheit (10, 11, 13) ist angeordnet, um wenigstens ein Sensorsignal (1, 2, 3, 7), das wenigstens eine Betriebsvariable des Elektromotors (22, 23) repräsentiert, zu ermitteln. In dem System ist wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit (6) angeordnet, um aus dem wenigstens einen Sensorsignal (1, 2, 3, 7) wenigstens ein entsprechendes zeitabhängiges Datensignal abzuleiten, Unregelmäßigkeiten (27, 28) in dem wenigstens einen Datensignal zu erkennen, die anzeigen, dass eine Spleißstelle (26) des Förderbands (9) die Antriebstrommel (20) und/oder die Umlenktrommel (21) passiert, aus einer Änderung der Form oder Häufigkeit der Unregelmäßigkeiten (27, 28) zu ermitteln, ob sich der Zustand des Förderbands geändert hat, und ein Signal (30) zu senden, das eine Änderung des Zustands des Förderbands an wenigstens eine Anzeigeeinheit, eine Speichereinheit und/oder eine Entscheidungsfindungseinheit widerspiegelt.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Förderbands gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 13, wobei das Förderband zum Rotieren um mindestens eine Antriebstrommel und eine Umlenktrommel angeordnet ist, ein Elektromotor zum Antreiben der Antriebstrommel angeordnet ist und das System mindestens eine Sensoreinheit aufweist.

[0002] Förderbandsysteme werden in verschiedenen Gewerben und besonders im Bergbau für Schüttgut und zur günstigen Beförderung benutzt. Das wesentliche Teil eines Förderbandsystems ist das Förderband, das das Schüttgut, wie etwa Kohle oder Lignit, oder die Güter trägt und sie fortlaufend über eine große Entfernung von einem Punkt zum nächsten befördert. In den Bergbauindustrien sind die Förderbandsysteme strengen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, die ein Verschleißen des Förderbandmaterials bewirken und zu Beschädigungen des Bands führen, wie etwa Sprüngen und Rissen. Derartige Beschädigungen verringern nicht nur die Lebenszeit des Förderbands, sondern führen außerdem zu einem unerwarteten Produktionsstopp, wenn sie nicht rechtzeitig bemerkt werden, um die Wartung des Bands zu organisieren. Da sich das Förderband unter normalen Betriebsbedingungen fortlaufend bewegt, ist es schwierig, den Zustand des Bands zu überwachen und den Abnutzungszustand zu messen oder jegliche Beschädigungen zu erkennen.

[0003] Im Fachgebiet ist es bekannt, eingebettete Messteile wie Belastungssensoren, Induktionsschleifen oder Antennen zusätzlich im Förderbandmaterial einzugliedern. Diese eingebetteten Messteile stehen beispielsweise über drahtlose Kommunikation oder über Ultraschall- oder induktive Signale mit entsprechenden kontaktlosen Empfängern in Wechselwirkung, wobei die Empfänger an der mechanischen Struktur des Förderbandsystems angebracht sind.

[0004] Beispielsweise offenbart US 6,047,814 ein Verfahren zum Überwachen eines sich fortlaufend bewegenden Bands, wobei zwei Wandler in oder am Band im Verbindungsbereich des Bands angeordnet sind, wobei der Verbindungsbereich der Bereich ist, in dem die Enden des Förderbands miteinander verbunden sind. Die Wandler senden jeder ein Signal an eine externe Sender/Empfänger-Einheit, wenn sie einen Betriebsbereich der Sender/Empfänger-Einheit durchlaufen. Die Wandler sind integrierte Schaltungen, die leitfähig mit einer Spule verbunden sind. Die Wandler sind aufgrund der Tatsache innerhalb des Verbindungsbereichs angeordnet, da man erkannt hat, dass der Verbindungsbereich eine Schwachstelle des Förderbands ist, die auf Lockerungsanzeichen hin überwacht werden muss.

[0005] In DE 10 2008 018 238 A1 ist eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Erkennung eines Betriebszustands von elastischen Bauteilen, wie etwa aus Kautschuk hergestellte Förderbänder, offenbart. Im Förderband sind Elastomer- Impulsgeber in zwei sogenannten Messbereichen eingebettet, wobei der erste Messbereich ein anderes Zeitverhalten seiner Zugfestigkeit im Vergleich zum zweiten Messbereich aufweist. Die Vorrichtung weist ferner eine Sensorstation auf, mit deren Hilfe Magnetfelder, die von den Elastomer-Impulsgebern stammen, erkannt werden können, wenn sie die Sensorstation passieren, wobei die Magnetfelder dann zu Information zur Ausdehnung oder Streckung des entsprechenden Messbereichs verarbeitet werden.

[0006] US 4,436,198 beschreibt ein Förderband-Risserkennungssystem, wobei mehrere Antennen im Allgemeinen quer zur Laufrichtung des Bands im Band eingebettet sind, und wobei die jeweiligen Antennen in kapazitiver Kopplungsbeziehung zu einem Sender/Empfänger ein Risserkennungsstation passieren und ein elektrisches Signal an den Sender/Empfänger senden. Ein Riss oder Sprung im Förderbandmaterial wird dadurch erkannt, dass die Antennen zerbrochen werden und kein Signal an den Sender/Empfänger senden.

[0007] Eine alternative Lösung zum Identifizieren des Zustands eines Förderbands ist beispielsweise aus US 7,427,767 B2 bekannt, worin eine Vorrichtung beschrieben ist, die zweidimensionale Bilder von aufeinanderfolgenden Bandteilabschnitten erfasst. Die erfassten Bilder werden an eine Auswertungsvorrichtung übertragen, wo die Bilder mit Referenzbildern vergli1/15

AT16 482U1 2019-10-15 csterreichiictiei pater taird chen werden und mindestens eine Feststellung zum Zustand des Bands ermittelt wird. Die Bilder werden entweder unter Benutzung von elektromagnetischer Strahlung, d.h. sichtbarem, Infrarot- oder Ultraviolettlicht, oder durchdringender Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, erfasst.

[0008] DE 31 11 219 A1 offenbart ein System und Verfahren zum Überwachen des Zustands eines Förderbands gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 13; es ist eine Vorrichtung zum Verhindern offenbart, dass ein oder mehr Förderbänder in einem Bandförderersystem längs durch Gegenstände aufgeschlitzt werden, die an den Ladepunkten und/oder Überführungspunkten für die Güter, die befördert werden sollen, eingeklemmt werden. Die Vorrichtung weist in jedem Fall ein Überwachungsglied für jeden Ladepunkt und/oder Überführungspunkt auf, wobei das Glied kennzeichnende Werte für die Bewegung der Güter, die befördert werden sollen, beispielsweise die Beförderungsrate, oder für die Last des Antriebs, beispielsweise die Motorleistung, an eine Vergleichseinheit überträgt. Die Vergleichseinheit vergleicht diesen Wert mit einem vorher empfangenen, kennzeichnenden Wert und leitet dem zugeordneten Antriebsmotor im Falle einer Abweichung, die eine vorgegebene Abweichung übersteigt, einen Befehl zum Abschalten zu.

[0009] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Systeme und Verfahren zum Überwachen des Zustands eines Förderbands zu verbessern.

[0010] Diese Aufgabe wird durch ein System und Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

[0011] Im System gemäß der Erfindung ist der mindestens eine Sensor zum Ermitteln von mindestens einem Sensorsignal angeordnet, das mindestens eine Betriebsvariable des Elektromotors, der die Antriebstrommel antreibt, repräsentiert, und mindestens eine Datenverarbeitungseinheit ist angeordnet zum [0012] · Ableiten von mindestens einem entsprechenden zeitabhängigen Datensignal aus dem mindestens einen Sensorsignal, [0013] · Erkennen von Unregelmäßigkeiten in dem mindestens einen Datensignal, die anzeigen, dass eine Spleißstelle des Förderbands die Antriebstrommel und/oder die Umlenktrommel passiert, [0014] · Ermitteln aus einer Änderung der Form oder der Häufigkeit der Unregelmäßigkeiten, ob sich der Zustand des Förderbands geändert hat oder nicht, und [0015] · Senden eines Überwachungsausgangssignals, das eine Änderung des Zustands des Förderbands widerspiegelt, an mindestens eine Anzeigeeinheit, eine Speichereinheit und/oder eine Entscheidungsfindungseinheit.

[0016] Das Verfahren gemäß der Erfindung beinhaltet die Verfahrensschritte, die durch die mindestens eine Sensoreinheit und durch die Datenverarbeitungseinheit ausgeführt werden.

[0017] Mit dem vorgeschlagenen System und Verfahren ist es nicht mehr notwendig, eingebettete Sensorelemente oder Messteile in die Förderbänder einzugliedern oder spezifische externe Sensoren vorzusehen, wie etwa eine Bilderfassungsvorrichtung. Stattdessen wird Sensorinformation des Antriebsmotors, die für den Normalbetrieb des Förderbands verfügbar ist, für die Zustandsüberwachung benutzt. Dementsprechend ist der Aufwand zum Einrichten, Betreiben und Warten eines Zustandsüberwachungssystems im Vergleich zu den bekannten Systemen erheblich herabgesetzt.

[0018] In einem oder mehrfachen zeitabhängigen Datensignalen, die aus der Sensorinformation abgeleitet werden, werden Unregelmäßigkeiten erkannt, die die Zeitpunkte anzeigen, wenn die Spleißstelle des Bands die Antriebstrommel und/oder die Umlenktrommel passiert. Die Spleißstelle ist die Stelle, an der die Enden des Förderbands zum Ausbilden einer Verbindung oder Zusammenfügung miteinander verbunden sind. Die Verbindung ist durch Überdecken oder Stumpfstoß, gerade oder in Schrägrichtung, hergestellt und wird durch Vulkanisierung oder mechanische Mittel zusammengehalten. Die Spleißstelle kann außerdem als Zusammenfü2/15

AT16 482U1 2019-10-15 csterreichiictiei pater taird gungsstelle oder Verbindungsstelle bezeichnet werden.

[0019] Im Allgemeinen gründet die Erfindung auf der Erkenntnis der Tatsache, dass die oben genannten Unregelmäßigkeiten permanent in Messsignalen beobachtet werden können, die an einem Förderbandsystem abgenommen werden, da die Spleißstelle andere mechanische Kennzeichen als der Rest des Förderbands aufweist, da sie stärker ist. Infolgedessen übt die Spleißstelle andere Kräfte auf die Antriebstrommel und/oder die Umlenktrommel als der Rest des Bands aus.

[0020] Wenn sich der Zustand des Förderbands ändert, d.h. wenn das Bandmaterial schwächer wird und sich zu verlängern beginnt, oder wenn Risse und Sprünge auftreten, die ebenfalls zu einer beginnenden Verlängerung des Bands führen, beginnt sich die Form und/oder die Häufigkeit der Unregelmäßigkeiten von jenen Unregelmäßigkeiten zu unterscheiden, die bei einem intakten Förderband auftreten. Gemäß der Erfindung werden diese Unterschiede durch die Datenverarbeitungseinheit erkannt, und ein entsprechendes Überwachungsausgangssignal wird angezeigt und/oder gespeichert und/oder an eine Entscheidungsfindungseinheit zum Entscheiden gesendet, ob Wartung oder Austauschen des Förderbands notwendig wird.

[0021] Daher wird ein System und Verfahren für ein zerstörungsfreies Überwachen des Zustands des Förderbands vorgelegt, das leicht in einem bestehenden Förderbandsystem umzusetzen ist. Da üblicherweise verfügbare Sensorinformation des Elektromotors benutzt wird, wird der Aufwand zum Eingliedern von Messteilen in das Bandmaterial und zum Anordnen einer entsprechenden Empfangsvorrichtung oder einer externen Sensorvorrichtung am Förderbandsystem vermieden.

[0022] Vorzugsweise ist die mindestens eine Betriebsvariable des Elektromotors entweder eine Spannung, ein Strom, eine Rotationsdrehzahl, eine Beschleunigung, ein Drehmoment oder ein Kraftsignal, und die mindestens eine Sensoreinheit ist ein Strom- und/oder Spannungssensor, ein Drehzahl-Impulsgeber, ein Drehmoment-Messwandler, beispielsweise ein Dehnmessstreifen, oder ein Kraft-Messwandler.

[0023] Das mindestens eine Datensignal kann eine Amplitude im Zeitverlauf oder ein Häufigkeitsspektrum repräsentieren, wobei die Zeitabhängigkeit des Häufigkeitsspektrums durch wiederholtes Ableiten des Spektrums für nachfolgende Zeitpunkte aus dem entsprechenden Sensorsignal erzielt ist.

[0024] Die mindestens eine Datenverarbeitungseinheit kann entweder eine unabhängige Verarbeitungsvorrichtung sein, oder sie kann zwei oder mehr Verarbeitungsvorrichtungen aufweisen, die Zusammenwirken, wobei die zwei oder mehr Verarbeitungsvorrichtungen in ein und derselben Rechnereinheit oder in separaten Einheiten integriert sein können.

[0025] In einer bevorzugten Ausführungsform sind eine oder mehr der Verarbeitungsvorrichtungen integrierte Bestandteile eines elektrischen Wandlers, insbesondere eines Frequenzwandlers, wobei der Wandler mit dem Elektromotor verbunden ist und zum Versorgen desselben mit einem Strom und/oder einer Spannung angeordnet ist. Die meisten Elektromotoren werden heutzutage über einen entsprechenden elektrischen Wandler versorgt und gesteuert, wobei die Steuerung in einer Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, die zum Wandler gehört. Diese Verarbeitungsvorrichtung wird mit einem oder mehrfachen Sensorsignalen versorgt, die eine bzw. mehrfache Betriebsvariablen des Motors repräsentieren, und sie leitet aus diesen Sensorsignalen die entsprechenden zeitabhängigen Datensignale ab, die für die Steuerfunktionen benötigt werden, wie etwa Strom, Spannung, Drehmoment und/oder Drehzahl. Dementsprechend ist es besonders vorteilhaft, das vorgelegte Überwachungsverfahren in jenen Fällen anzuwenden, in denen der Antriebsmotor des Förderbands über einen elektrischen Wandler versorgt wird, da die erforderlichen Datensignale bereits vorhanden sind und nur bezüglich der Unregelmäßigkeiten weiter verarbeitet werden müssen.

[0026] Die mindestens eine Datenverarbeitungseinheit kann zum Ermitteln angeordnet sein, ob sich der Zustand des Förderbands geändert hat oder nicht, durch Vergleichen der Form und/oder der Häufigkeit der Unregelmäßigkeiten entweder mit einer entsprechenden Schwelle

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AT16 482U1 2019-10-15 csterreichiictiei p3LPrL3ir,L oder mit der Form und Häufigkeit einer Referenzunregelmäßigkeit, wobei die Referenzunregelmäßigkeit vorteilhafterweise ein intaktes und funktionstüchtiges Förderband repräsentiert. Alternativ kann ein modellbasierter Zustandsbeobachter zum Ermitteln des Zustands oder der Verfassung des Förderbands benutzt werden.

[0027] Die Form der Unregelmäßigkeiten kann aus einer Änderung der Amplitudenhöhe und/oder aus einer Änderung in der Breite der Spitzenwerte der Unregelmäßigkeiten ermittelt werden.

[0028] In einer Ausführungsform des Systems und entsprechenden Verfahrens ist die mindestens eine Sensoreinheit zum Ermitteln eines ersten Sensorsignals und eines zweiten Sensorsignals angeordnet, die eine erste bzw. eine zweite Betriebsvariable des Elektromotors repräsentieren, und wobei die mindestens eine Datenverarbeitungseinheit zum Ableiten von ersten und zweiten Datensignalen und zum Erkennen von Unregelmäßigkeiten entweder im ersten Signal, wenn die entsprechende Betriebsvariable des Elektromotors zum Folgen einer ersten Referenzvariablen gesteuert wird, oder im zweiten Signal, wenn die entsprechende Betriebsvariable des Elektromotors zum Folgen einer zweiten Referenzvariablen gesteuert wird, angeordnet ist.

[0029] Das erste Sensorsignal kann beispielsweise ein Drehzahlsignal sein, und das zweite Sensorsignal kann ein Drehmomentsignal sein. Die Drehzahl und das Drehmoment sind mechanische Betriebsvariablen des Elektromotors, die beide steuerbar sind. Im Allgemeinen können, da ein Steueralgorithmus im Allgemeinen auf jegliche unerwünschte Unregelmäßigkeiten reagiert und versucht, diese zu reduzieren, die Auswirkungen der Spleißstelle in den Datensignalen, die einer gesteuerten Variablen entsprechen, weniger sichtbar werden als im Vergleich zu den Datensignalen einer ungesteuerten Variablen. Daher wird vorgeschlagen, eher im Signal einer ungesteuerten Variablen nach den Unregelmäßigkeiten zu suchen, d.h. die Unregelmäßigkeiten im Drehzahlsignal zu beobachten, wenn das Drehmoment des Motors gesteuert ist, und umgekehrt.

[0030] Das System und Verfahren zum Überwachen des Zustands des Förderbands kann durch zusätzliches Berücksichtigen eines Schwingungsdatensignals erweitert werden, das in der Form eines Beschleunigungs- oder Drehzahlsensorsignals abgeleitet werden kann, welches von einer Schwingungsmesseinheit bereitgestellt wird, wobei die Schwingungsmesseinheit die Schwingung eines Maschinenbauteils, das am Elektromotor angebracht ist, wie etwa die Motortrommel, ein Getriebe oder ein Lager, misst.

[0031] In einer weiteren Erweiterung des Systems ist das Förderband zusätzlich zum Rotieren um eine Spanntrommel ausgebildet, und die mindestens eine Datenverarbeitungseinheit ist zum Ermitteln einer Änderung des Zustands des Förderbands durch zusätzliches Berücksichtigen eines Verlagerungssensorsignals ausgebildet, das von einer Entfernungsmesseinheit geliefert wird, welche die Verlagerung der Spanntrommel misst.

[0032] Noch weitergehend kann ein Bandspannungssignal, das von einer Kraftmesseinheit geliefert wird, und/oder ein Bildsensorsignal, das von einem Strahlungssensor, welcher das Förderband beobachtet, geliefert wird, berücksichtigt werden.

[0033] Die Erfindung und ihre Ausführungsformen werden aus dem Beispiel und seinen Ausführungsformen ersichtlich, das unten in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben ist; es zeigen:

[0034] Fig. 1 ein Förderband mit einer Spleißstelle, [0035] Fig. 2 ein System zum Überwachen des Zustands eines Förderbands, [0036] Fig. 3 ein Teil des Systems von Fig. 2 mit weiteren Sensoreinheiten, [0037] Fig. 4 ein Diagramm der Zylinderkraft der Antriebstrommel von Fig. 1, [0038] Fig. 5 ein zeitabhängiges Häufigkeitsspektrum der Rotationsdrehzahl des Motors, der das Förderband von Fig. 1 antreibt,

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AT16 482U1 2019-10-15 csterreichiictiei p3LPrL3ir,L [0039] Fig. 6 ein zeitabhängiges Häufigkeitsspektrum des Drehmoments des Motors, der das Förderband von Fig. 1 antreibt, [0040] Fig. 7 die Amplitude/Zeitverlauf-Diagramme für Rotationsdrehzahl und Drehmoment des Motors von Fig. 1 zu verschiedenen Zeitpunkten.

[0041] Fig. 1 zeigt ein einfaches Förderband 9, das um eine Antriebstrommel 20 und eine Umlenktrommel 21 rotiert. Das Förderband ist mit einer Länge von ungefähr 18 Metern vergleichsweise kurz. Das Förderband weist eine Spleißstelle 26 auf, wobei die Spleißstelle die Stelle ist, an der sich die Enden des Bandmaterials überdecken und aneinander befestigt sind. Andere und insbesondere längere Förderbänder können mehr als nur eine Spleißstelle aufweisen. Die Spleißstelle des Förderbands von Fig. 1 ist ungefähr 4 Meter lang. Ein Elektromotor 23 treibt die Antriebstrommel an, wobei ein Getriebe 24 zwischen dem Motor 23 und der Antriebstrommel 21 eingerichtet ist.

[0042] Figur 4 zeigt ein Messsignal eines Kraftmesswandlers am Zylinder der Umlenktrommel 21 von Fig. 1. Neben dem Kraftsignal, das als eine durchgezogene Linie im oberen Bereich des Diagramms dargestellt ist, zeigt Fig. 4 außerdem die Anzahl von Bandzyklen, d.h. die Anzahl von Umdrehungen des Bands. Die entsprechende Linie ist die gestrichelte Linie im unteren Bereich des Diagramms. Wie ersichtlich, sind der 111-te und der 112-te Zyklus in ihrer vollen Länge dargestellt.

[0043] Das Förderband 9 von Fig. 1 und 4 ist intakt, ohne Risse oder Sprünge. Der Betriebsstatus, der in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine lineare Beschleunigung des Förderbands. Dementsprechend sollte die Zylinderkraft einfach eine lineare Zunahme zeigen. Es treten jedoch zwei Unregelmäßigkeiten in der Form von Spitzenwerten 27 im Kraftsignal während des 111-ten Zyklus an Zeitpunkten T1 und T2 auf, und zwei Unregelmäßigkeiten in der Form von Spitzenwerten 28 treten während des 112-ten Zyklus an Zeitpunkten T3 und T4 auf. Wie die Erfinder erkannt haben, sind diese Spitzenwerte keine Ausnahmen, sondern treten häufig auf und fallen mit dem Passieren der Spleißstelle an der Antriebstrommel 20 bzw. der Umlenktrommel 21 zusammen. Anders gesagt tritt der erste der zwei Spitzenwerte 27 bzw. 28 immer auf, wenn die Spleißstelle 26 die Antriebstrommel 20 passiert, und der zweite der zwei Spitzenwerte 27 bzw. 28 zeigt das Passieren der Umlenktrommel 21 an.

[0044] Weitere Tests haben ergeben, dass es ebenfalls möglich ist, ähnliche Arten von Unregelmäßigkeiten in den Signalen der Rotationsdrehzahl und des elektrischen Stroms und Drehmoments des Motors zu beobachten.

[0045] In Fig. 5 bis 7 sind die Ergebnisse von Langzeittests des Förderbands 9 von Fig. 1 dargestellt. Fig. 5 zeigt eine Reihe von Häufigkeitsspektren der Rotationsdrehzahl n des Motors 23, die an aufeinanderfolgenden Punkten im Verlauf der Zeit t erzeugt wurden. In diesem spezifischen Beispiel wurde jedes Häufigkeitsspektrum ungefähr 30 Minuten nach dem vorhergehenden berechnet, sodass Fig. 5 einen Gesamtzeitraum von ungefähr 2 Tagen abdeckt. Die Amplituden- und Frequenzbereiche sind beide angepasst, sodass die dominante Amplitude der tatsächlichen Motorfrequenz nicht sichtbar ist. Eine erste Reihe von bedeutenden Amplituden gehört zur Rotationshäufigkeit f1 des Förderbands 9, und eine zweite Reihe von noch höheren Amplituden gehört zur entsprechenden ersten Harmonischen f2, d.h. zur doppelten Rotationshäufigkeit des Förderbands 9. Bei Betrachtung von Fig. 4 wird deutlich, dass die Rotationshäufigkeit f1 dem Zeitunterschied zwischen dem jeweiligen ersten der zwei Spitzenwerte 27 und 28 entspricht, d.h. durch den Zeitraum definiert ist, den das Förderband zum Passieren von einer der Trommeln 20 bzw. 21 benötigt. Dass die Rotationshäufigkeit f1 so deutlich im Häufigkeitsspektrum sichtbar ist, liegt an der oben beschrieben Auswirkung der Spleißstelle.

[0046] Fig. 6 weicht von Fig. 5 nur dahingehend ab, dass das Drehmoment M des Motors 23 anstelle der Rotationsdrehzahl n gezeigt ist. Hier stechen die Amplituden an der Rotationshäufigkeit f1 des Förderbands 9 und an ihrer ersten Harmonischen f2 ebenfalls stark hervor.

[0047] Es wird nun anhand von Fig. 7 erläutert, wie die Langzeittests des Förderbands 9 durchgeführt wurden. In Fig. 7 ist ein gefiltertes Drehzahlsignal n_filt und ein gefiltertes Dreh5/15

AT16 482U1 2019-10-15 csterreichiictiei iBlfrUril momentsignal M_filt des Motors 23 für aufeinanderfolgende Zeiträume gezeigt, wobei das Filtern mit einem Bandpassfilter zum Extrahieren der ersten Harmonischen f2 aus den jeweiligen Signalen n und M ausgeführt wurde, und wobei die oberen Diagramme jedes gefilterten Signals, n_filt1 und M_filt1, beide einen ersten Zeitraum zu Beginn von einem der Tests zeigen, die Diagramme in der Mitte, n_filt2 und M_filt2, zu einem zweiten Zeitraum in der Mitte des Tests gehören, und die jeweiligen unteren Diagramme, n_filt3 und M_filt3, beide einen dritten Zeitraum nahe am Ende des Tests zeigen.

[0048] Die allgemeine Zielsetzung des Tests war, das Förderband unter erhebliche mechanische Belastung zu setzen, um schwere Betriebsbedingungen zu simulieren, und um herauszufinden, ob eine Schwächung des Förderbands in gemessenen Betriebsvariablen des Motors 23 erkennbar wäre. Während des dritten Zeitraums von Fig. 7 begann das Förderband 9, deutliche Verschleißerscheinungen zu zeigen, und danach endete der Test damit, dass das Förderband 9 zu reißen begann.

[0049] Wie aus den oberen Diagrammen von n_filt und M_filt ersichtlich ist, nehmen die Amplituden in beiden Signalen zyklisch zu und ab, wobei jeder Zyklus ungefähr 50 Sekunden dauert. Dies ist aufgrund einer externen Kraft, die periodisch mit einer exakten Zykluszeit von 50 Sekunden auf das Förderband 9 ausgeübt wurde, um eine zyklische Belastung auf das Band zu simulieren.

[0050] Es wurde erkannt, dass, kurz bevor das Förderband zu reißen beginnt, die Amplituden von n_filt und M_filt erheblich vermindert sind, d.h. die Amplituden der jeweiligen ersten Harmonischen f2 der Bandrotationshäufigkeit f1 vermindert sind, wo diese Amplituden gleich den Spitzenwerten in der Rotationsdrehzahl n und dem Drehmoment M des Motors sind, die durch die Spleißstelle bewirkt sind. Diese Wirkung ist nicht nur in Fig. 7 deutlich zu sehen, sondern außerdem in Fig. 5 und 6, wo die Amplituden von n und M zum Ende der Zeitachse t hin abnehmen. Eine mögliche Erklärung für die verminderten Amplituden ist, dass die Steifigkeit der Spleißstelle mit erhöhtem Verschleiß des Bandmaterials abnimmt, sodass das mechanische Auftreffen auf die Antriebs- und Umlenktrommel weniger stark ist.

[0051] Drehmoment M und Rotationsdrehzahl n sind mechanische Betriebsvariablen des Motors 23. Da das Drehmoment M dem elektrischen Strom entspricht, wurden ähnliche Wirkungen wie oben beschrieben ebenfalls in dieser elektrischen Betriebsvariablen des Motors 23 sichtbar.

[0052] Wie die Erfinder erkannt haben, können aufgrund der Unregelmäßigkeiten oder Spitzenwerte, die in den Sensorsignalen der Betriebsvariablen des Motors 23 auftreten, diese Signale zum Umsetzen eines Systems und eines Verfahrens zum Überwachen des Zustands des Förderbands 9 benutzt werden. Beispiele für die Komponenten eines derartigen Systems sind in Fig. 2 und 3 gezeigt.

[0053] In Fig. 2 ist eine Draufansicht des Motors 23 und Getriebes 24, die eine Kraft auf die Antriebstrommel 20 des Förderbands 9 ausüben, gezeigt. Der Motor 23 ist ein Permanentmagnetinduktionsmotor. Zum Betreiben des Motors 23 ist ein Frequenzwandler 12 eingerichtet. Während Normalbetriebs des Förderbands 9 empfängt der Frequenzwandler 12 Stromsignale 1 und 2 von einer Stromsensoreinheit 13, wobei die Stromsignale 1 und 2 die Statorströme von zwei der drei Wicklungen des Motors 23 repräsentieren. Aus den zwei Stromsignalen 1 und 2 leitet eine Verarbeitungseinheit 31 im Wandler 12 ein Datensignal 3 der Rotationsdrehzahl n und ein Datensignal 7 des Drehmoments M des Motors 23 ab und ermittelt Signale für die Spannungen 32, 33, 34, die an die drei Wicklungen des Motors 23 angelegt sein sollen. Die drei Spannungen 32 bis 34 werden dann durch das Leistungselektronikteil des Wandlers 12 erzeugt.

[0054] Zum Umsetzen eines Systems und Verfahrens zum Überwachen des Zustands des Förderbands 9 ist eine weitere Datenverarbeitungseinheit 6 eingerichtet, die die Datensignale 3 und 7 der Rotationsdrehzahl bzw. des Drehmoments vom Wandler 12 empfangt. Die Datenverarbeitungseinheit 6 erkennt in mindestens einem der Datensignale 3 und 7 die Unregelmäßigkeiten oder Spitzenwerte, die anzeigen, dass die Spleißstelle 26 die Antriebstrommel 20

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AT16 482U1 2019-10-15 csterreichiictiei iBlfrUril und/oder die Umlenktrommel 21 passiert hat. Diese Unregelmäßigkeiten oder Spitzenwerte werden für mehrere Zeitpunkte erkannt, sodass eine Änderung der Form oder Häufigkeit der Unregelmäßigkeiten erkannt werden kann, und aus dieser Änderung wird ermittelt, ob sich der Zustand des Förderbands geändert hat oder nicht. Wenn die oben erläuterten Erkenntnisse bezüglich Fig. 4 bis 6 angewendet werden, würde die Datenverarbeitungseinheit 6 einen bevorstehenden Riss im Förderband 9 aus einer Verminderung der Amplitude der ersten Harmonischen f2 im Datensignal 3 oder im Datensignal 7 oder in beiden Datensignalen oder in entsprechenden Häufigkeitsspektren erkennen. In einem abschließenden Schritt sendet die Verarbeitungseinheit 6 ein Überwachungsausgangssignal 30, das vorzugsweise eine Datennachricht ist, an mindestens eine einer Anzeigeeinheit, einer Speichereinheit, wie etwa einem Datenlogger oder Verlaufsserver, und/oder eine Entscheidungsfindungseinheit. Das Ausgangssignal 30 spiegelt die erkannte Änderung des Zustands des Förderbands wider. Im Beispiel von Fig. 4 bis 6 könnte das Ausgangssignal 30 beispielsweise ein Alarm sein, der angibt, dass das baldige Auftreten eines Risses im Förderband 9 wahrscheinlich ist, oder es könnte eine direkte Anweisung sein, das Förderband 9 so bald wie möglich anzuhalten und Wartungsmaßnahmen auszuführen. Das Datensignal 30 kann fortlaufend gesendet werden, oder nur dann, wenn eine Änderung des Zustands des Förderbands auftritt.

[0055] In Fig. 2 sind ein alternatives Antriebskonzept der Antriebstrommel 20 und alternative Wege zum Erhalten von Sensorsignalen von Betriebsvariablen in gestrichelten Linien dargestellt. Anstelle eines Motors und Getriebes könnte ein getriebeloser Motor 22 benutzt werden, der mechanisch in direkter Verbindung mit der Welle oder dem Zylinder der Antriebstrommel 20 verkuppelt ist. Ein Sensorsignal 36 der Rotationsdrehzahl des Motors 22 wird durch einen Drehzahl-Impulsgeber 10 erhalten, und ein Sensorsignal 37 des Drehmoments durch einen Drehmoment-Messwandler 11. Diese zwei Signale 36 und 37 werden an den Frequenzwandler 12 übertragen, wo sie in der oben beschriebenen Art und Weise zum Zweck des Steuerns des Motors 22 verarbeitet und benutzt werden. Die Verarbeitungseinheit 31 erzeugt aus dem Sensorsignal 36 das Datensignal 3 der Rotationsdrehzahl des Motors 22 und sendet es an die Verarbeitungseinheit 6. Im Gegensatz zum oben beschriebenen Beispiel bezüglich des Motors 23 mit Getriebe 24 wird das Datensignal 7 des Drehmoments des Motors 22 durch die Verarbeitungseinheit 6 statt durch die Verarbeitungseinheit 31 des Wandlers 12 aus dem Sensorsignal 37 erzeugt. Die Datensignale 3 und 7 werden erneut zum Überwachen des Zustands des Förderbands 9 auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben benutzt.

[0056] Zusätzlich zu den Betriebsvariablen des Motors 22 bzw. 23 kann weitere Sensorinformation zum Verbessern der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Ausgangssignals 30 der Verarbeitungseinheit 6 benutzt werden. Beispielsweise kann eine Schwingungsmesseinheit 18 ein Schwingungssensorsignal 17 vorsehen, wobei die Schwingungsmesseinheit 18 die Schwingung eines Maschinenbauteils, das am Motor 23 angebracht ist, wie etwa der Zylinder der Antriebstrommel 20, das Getriebe 24 oder ein Lager in der Welle der Antriebstrommel 20, misst. Im Schwingungssensorsignal 17 ist das Passieren der Spleißstelle 26 an einer der Trommeln 20 oder 21 auf ähnliche Weise wie bei den Betriebsvariablen des Motors 23 erkennbar.

[0057] Weitere Sensorinformation, die von der Verarbeitungseinheit 6 zum Verbessern des Zustandsüberwachungsergebnisses benutzt werden kann, ist in Fig. 3 gezeigt. Im Vergleich zu Fig. 2 ist nur der getriebelose Motor 22 zusammen mit der Antriebstrommel 20 dargestellt, diesmal in einer Seitenansicht. Das Förderband 9 ist zum weiteren Rotieren um eine Spanntrommel 16 und eine weitere Umlenktrommel 25 angeordnet. Die Spanntrommel 16 wird zum Ausüben einer vordefinierten Spannung auf das Förderband 9 benutzt, wobei die Spannung durch eine Verlagerung der Spanntrommel 16 erzielt wird. Die Verlagerung 38 wird durch eine Entfernungsmesseinheit 15 gemessen und der Verarbeitungseinheit 6 als Verlagerungssensorsignal 5 zugeführt. Zudem kann die Spannung 39 des Förderbands 9 durch eine Kraftmessung 14 gemessen und als Bandspannungssensorsignal 4 an die Verarbeitungseinheit 6 übertragen werden.

[0058] Darüber hinaus kann die Verarbeitungseinheit 6 für die Zustandsüberwachung ein Bildsensorsignal 8 berücksichtigen, das durch einen Strahlungssensor 19 vorgesehen ist, der

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AT16 482U1 2019-10-15 csterreichiictiei psterteird das Förderband 9 beobachtet.

[0059] Alle diese Sensorsignale können erhalten werden, ohne die Eingliederung von eingebetteten Sensorteilen oder -elementen im Förderband zu erfordern, d.h., alle diese Sensorverfahren sind nicht invasiv und können mit deutlich geringem Aufwand eingerichtet und umgesetzt werden.

Claims (13)

1. System zur Überwachung des Zustands eines Förderbands, bei dem das Förderband (9) angeordnet ist, um um wenigstens eine Antriebstrommel (20) und eine Umlenktrommel (21) zu rotieren und bei dem ein Elektromotor (22, 23) angeordnet ist, um die Antriebstrommel (20) anzutreiben, wobei das System Folgendes umfasst •wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit (6), •wenigstens eine Sensoreinheit (10, 11,13), wobei die wenigstens eine Sensoreinheit (10, 11, 13) angeordnet ist, um wenigstens ein Sensorsignal (1, 2, 3, 7), das wenigstens eine Betriebsvariable des Elektromotors (22, 23) repräsentiert, zu ermitteln, und die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit (6, 31) angeordnet ist, um •aus dem wenigstens einen Sensorsignal (1, 2, 3, 7) wenigstens ein entsprechendes zeitabhängiges Datensignal abzuleiten, • Unregelmäßigkeiten (27, 28) in dem wenigstens einen Datensignal zu erkennen, •aus einer Änderung der Form oder Häufigkeit der Unregelmäßigkeiten (27, 28) zu ermitteln, ob sich der Zustand des Förderbands geändert hat, und •ein Überwachungsausgangssignal (30) zu senden, das eine Änderung des Zustands des Förderbands an wenigstens eine Anzeigeeinheit, eine Speichereinheit und/oder eine Entscheidungsfindungseinheit widerspiegelt, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit (6, 31) angeordnet ist, um Unregelmäßigkeiten (27, 28) in dem wenigstens einen Datensignal zu erkennen, die anzeigen, dass eine Spleißstelle (26) des Förderbands (9) die Antriebstrommel (20) und/oder die Umlenktrommel (21) passiert.

2. System nach dem Anspruch 1, bei dem die wenigstens eine Betriebsvariable entweder eine Spannung, ein Strom (1, 2), eine Rotationsdrehzahl (3), eine Beschleunigung, ein Drehmoment (7) oder eine Kraft ist.

3. System nach dem Anspruch 1 oder 2, bei dem die wenigstens eine Sensoreinheit (10, 11, 13) ein Strom- und/oder Spannungssensor (13), ein Drehzahl-Impulsgeber (10), ein Drehmoment-Messwandler (11) oder ein Kraft-Messwandler ist.

4. System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem das wenigstens eine Datensignal eine Amplitude im Zeitverlauf oder ein Häufigkeitsspektrum repräsentiert.

5. System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit (6) eine unabhängige Verarbeitungsvorrichtung und/oder ein integrierter Bestandteil eines elektrischen Wandlers (12) ist, bei dem der Wandler mit dem Elektromotor (22, 23) verbunden ist und angeordnet ist, diesen mit einem Strom und/oder einer Spannung zu versorgen.

6. System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit angeordnet ist, um zu ermitteln, ob sich der Zustand des Förderbands geändert hat, indem sie die Form und/oder Häufigkeit der Unregelmäßigkeiten mit einer entsprechenden Schwelle oder mit der Form und Häufigkeit einer ReferenzUnregelmäßigkeit vergleicht oder indem sie einen modellgestützten Zustandsbeobachter verwendet.

7. System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit angeordnet ist, um eine Änderung in der Form der Unregelmäßigkeiten aus einer Änderung der Amplitudenhöhe und/oder aus einer Änderung in der Breite der Spitzenwerte der Unregelmäßigkeiten zu ermitteln.

8. System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens eine Sensoreinheit angeordnet ist, um ein erstes Sensorsignal (3) und ein zweites Sensorsignal (7), die jeweils eine erste (n) und eine zweite (M) Betriebsvariable des Elektromotors repräsentieren, zu ermitteln und bei dem die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit (6) angeordnet ist, um entsprechende erste und zweite Datensignale abzuleiten und Unregel9/15

AT16 482U1 2019-10-15 csterreichiictiei l^lfrUril mäßigkeiten entweder im ersten Datensignal (3) zu ermitteln, wenn die entsprechende Betriebsvariable (n) des Elektromotors gesteuert wird, um einer ersten Referenz variablen zu folgen, oder im zweiten Datensignal (7) zu ermitteln, wenn die entsprechende Betriebsvariable (M) des Elektromotors gesteuert wird, um einer zweiten Referenzvariablen zu folgen.

9. System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit angeordnet ist, um eine Änderung des Zustands des Förderbands zu ermitteln, indem sie ein Schwingungssensorsignal (17) berücksichtigt, das von einer Schwingungsmesseinheit (18), die die Schwingung eines am Elektromotor angebrachten Maschinenbauteils misst, bereitgestellt wird.

10. System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Förderband angeordnet ist, um um eine Spanntrommel (16) zu rotieren und bei dem die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit angeordnet ist, um eine Änderung des Zustands des Förderbands zu ermitteln, indem sie ein Verlagerungssensorsignal (5) berücksichtigt, das von einer Entfernungsmesseinheit (15), die die Verlagerung der Spanntrommel (16) misst, bereitgestellt wird.

11. System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit angeordnet ist, um eine Änderung des Zustands des Förderbands zu ermitteln, indem sie ein Bandspannungssensorsignal (4) berücksichtigt, das von einer Kraftmesseinheit (14) bereitgestellt wird.

12. System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit angeordnet ist, um eine Änderung des Zustands des Förderbands zu ermitteln, indem sie ein Bildsensorsignal (8) berücksichtigt, das von einem Strahlungssensor (19), der das Förderband beobachtet, bereitgestellt wird.

13. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Förderbands, bei dem das Förderband (9) angeordnet ist, um um wenigstens eine Antriebstrommel (20) und eine Umlenktrommel (21) zu rotieren und bei dem ein Elektromotor (22, 23) angeordnet ist, um die Antriebstrommel (20) anzutreiben, die folgenden Schritte umfassend • Ermitteln wenigstens eines Sensorsignals (1, 2, 3, 7), das wenigstens eine Betriebsvariable des Elektromotors (22, 23) repräsentiert, •Ableiten wenigstens eines entsprechenden zeitabhängigen Datensignals aus dem wenigstens einen Sensorsignal (1,2, 3, 7), • Erkennen von Unregelmäßigkeiten (27, 28) in dem wenigstens einen Datensignal, • Ermitteln, ob sich der Zustand des Förderbands geändert hat, aus einer Änderung der Form oder der Zeitpunkte (T1 bis T4) der Unregelmäßigkeiten (27, 28), •Senden eines Überwachungsausgangssignals (30), das eine Änderung des Zustands des Förderbands widerspiegelt, an wenigstens eine Anzeigeeinheit, eine Speichereinheit und/oder eine Entscheidungsfindungseinheit, gekennzeichnet durch den Schritt des Erkennens von Unregelmäßigkeiten (27, 28) in dem wenigstens einen Datensignal, die anzeigen, dass eine Spleißstelle (26) des Förderbands (9) die Antriebstrommel (20) und/oder die Umlenktrommel (21) passiert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen