DE102024125072A1

DE102024125072A1 - Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien, magnetischen Prüfung einer Kette

Info

Publication number: DE102024125072A1
Application number: DE102024125072.0A
Authority: DE
Inventors: Sven Oliver Winter
Original assignee: ROTEC GmbH
Current assignee: ROTEC GmbH
Priority date: 2024-09-03
Filing date: 2024-09-03
Publication date: 2026-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) und ein Verfahren zur zerstörungsfreien, magnetischen Prüfung einer Kette (11) mit mehreren Kettengliedern (12), die mittels einer Führungseinrichtung (19) durch eine Magnetanordnung (20) an einem Axialabschnitt (20) hindurchgeführt wird, wobei in dem Axialabschnitt (21) eine Sensoranordnung (24) mit einer Vielzahl von Magnetfeldsensoren (25) angeordnet ist. Die Magnetfeldsensoren (25) sind auf einer die Kette (11) umschlingende Linie (26) angeordnet. Die Vorrichtung (10) weist außerdem eine Längenmesseinrichtung (27) mit Messrad (28) oder durch Magnetfeldsensoren in Kettenrichtung (45a) auf, die dazu eingerichtet ist, die Weglänge der Kette relativ zur Vorrichtung (10) oder umgekehrt zu erfassen. Die Vorrichtung weist außerdem eine Auswerteeinheit (30) auf, die dazu eingerichtet ist, die Messdaten in den Magnetfeldsensoren zu empfangen, diese einer Umfangsposition und der erfassten Weglänge ortsaufgelöst zuzuordnen und in den ortsaufgelösten Messdaten Fehlstellen der Kette (11) zu detektieren.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur zerstörungsfreien, magnetischen Prüfung einer Kette.
Ketten werden in den verschiedensten technischen Bereichen eingesetzt, wie beispielsweise in Produktions- und Industrieanlagen sowie als Antriebsketten oder auch in Hebezeugen. Während des Betriebes kann es zu Beschädigungen und/oder Verformungen der einzelnen Kettenglieder kommen, z.B. in Längsrichtung, so dass die Kette gelängt wird, oder in Querrichtung, so dass einzelne Kettenglieder verbogen werden. Eine Verformung in Längs- oder Querrichtung oder eine Beschädigung der Kettenglieder kann dazu führen, dass die Kette völlig unbrauchbar wird und ausgetauscht werden muss, da bei einer Weiterverwendung der verformten oder gebrochenen Kettenglieder mit der Kette zusammenwirkende Bauteile, wie z.B. Taschenräder, Führungen oder ähnliches, beschädigt werden können. Dies kann zum Stillstand ganzer Produktionslinien führen. Darüber hinaus können in sicherheitskritischen Anwendungen Gefahren für Leib und Leben entstehen. Es ist daher wünschenswert, Zustandsänderungen der Kette im laufenden Betrieb möglichst frühzeitig zu erkennen.
In der DE 10 2014 225 834 B4 wird ein Antriebskettenlängenprüfsystem beschrieben, welches eine Messvorrichtung mit einem horizontalen Erfassungssensor und einem vertikalen Erfassungssensor aufweist, mit denen Längungen der Antriebskette bestimmbar sind.
Die DE 10 2016 015 364 A1 beschreibt außerdem ein Verfahren zur Ermittlung von geometrischen Kenngrößen von Kettengliedern einer Gliederkette, bei dem sichtbaren Kanten optisch erfasst und daraus die geometrischen Kenngrößen der Kettenglieder ermittelt werden.
Optische Verfahren zur Ermittlung von Verformungen sind jedoch fehleranfällig, insbesondere wenn die Kette verschmutzt ist. Zudem können Fehler an einzelnen Kettengliedern verdeckt werden, wenn die Geometrie der Kettenglieder nur aus wenigen Richtungen ermittelt wird.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur zerstörungsfreien, magnetischen Prüfung einer Kette bereitzustellen, die es insbesondere ermöglichen, die Kette im Betrieb zu prüfen.
Die Erfindung wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und das Prüfverfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur zerstörungsfreien, magnetischen Prüfung einer Kette mit mehreren Kettengliedern ist insbesondere an einem Axialabschnitt der Kette anordenbar und relativ zur Kette oder umgekehrt, die Kette relativ zur Vorrichtung in Längsrichtung der Kette bewegbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Magnetanordnung, eine Sensoranordnung, eine Längenmesseinrichtung und eine Auswerteeinheit auf. Die Magnetanordnung umfasst mehrere Magnete, mit denen ein Magnetfeld ausgebildet wird. Das ausgebildete Magnetfeld erstreckt sich insbesondere in Längsrichtung der Kette. Die Magnetanordnung kann beispielsweise einen ersten Magnetbereich an einer ersten Axialposition des Axialabschnitts und einem zweiten Magnetbereich an einer zweiten Axialposition des Axialabschnitts 21 aufweisen, zwischen denen das Magnetfeld ausgebildet ist. Alternativ kann sich das ausgebildete Magnetfeld auch in Querrichtung der Kette erstrecken. Die Sensoranordnung weist eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren auf, die in einem Sensorbereich an einer Axialposition des Axialabschnitts auf einer die Kette umschlingenden Linie angeordnet sind. Die kettenumschlingende Linie umschließt die Kette vorzugsweise vollständig. Die Linie kann insbesondere an die Außenkontur der Kette angepasst sein, d.h. beispielsweise eine ein Kreuz umhüllende Form aufweisen. Die Längenmesseinrichtung ist zur Bestimmung der relativen Weglänge zwischen der Sensoranordnung und der Kette eingerichtet. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, Messdaten von den Magnetfeldsensoren zu empfangen, diese einer Umfangsposition und der erfassten Weglänge ortsaufgelöst zuzuordnen, sowie in den ortsaufgelösten Messdaten Fehlstellen in der Kette zu detektieren.
Hierdurch ist es möglich, Fehlstellen an einzelnen Kettengliedern der Kette frühzeitig im Betrieb zu erkennen, noch bevor es zu einem Bruch einzelner Kettenglieder und damit zum Totalausfall der Kette kommen kann.
Eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Magnetfeldsensoren die Kette vollständig umschlingen und dadurch Magnetfeldstreuungen des gesamten Umfangs der Kette erfasst werden können, wodurch Fehlstellen an einzelnen Kettengliedern der Kette, die ansonsten an schwer zugänglichen Stellen auftreten, detektierbar sind. Fehlstellen in der Kette können dabei beispielsweise Einkerbungen, Deformierung der Kettenglieder, aber auch Risse in den Kettengliedern und dergleichen darstellen.
Zum Detektieren von Fehlstellen in den Kettengliedern der Kette ist die Auswerteeinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, die ortsaufgelösten Messdaten in Umfangsrichtung mit einer Vergleichsfunktion zu vergleichen, beispielsweise mittels Korrelation oder Faltung der Vergleichsfunktion mit den ortsaufgelösten Messdaten. Die Vergleichsfunktion kann z.B. eine Rechteckfunktion oder eine Betragsfunktion einer trigonometrischen Funktion wie beispielsweise einer Sinus- oder Kosinusfunktion sein.
Die Magnetbereiche können Permanentmagnete, wie z.B. Seltene-Erden-Magnete, oder auch Elektromagnete zur Erzeugung des Magnetfelds aufweisen.
Insbesondere ist die die Kette umschlingende Linie, auf der die Magnetfeldsensoren der Sensoranordnung angeordnet sind, an einen Lichtraum der Kette in Querrichtung der Kette angepasst. Bei dem Lichtraum der Kette in Querrichtung handelt es sich insbesondere um die aufsummierten Umrisse in Querrichtung von mindestens zwei Kettengliedern. Das Anpassen der umschlingenden Linie an den Lichtraum der Kette kann dazu führen, dass auch schwer zugängliche Stellen an den Kettengliedern mittels der Magnetfeldsensoren zuverlässig erfasst und Fehlstellen an diesen schwer zugänglichen Stellen entdeckt werden können.
Vorzugsweise weist die Führungseinrichtung mehrere Führungsflächen auf, an denen die einzelnen Kettenglieder der Kette geführt sind. Die Führungseinrichtung kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Wenn die Führungseinrichtung einteilig ausgebildet ist, kann die Führungseinrichtung mindestens ein Führungselement aufweisen, an dem die mehreren Führungsflächen angeordnet sind. Das Führungselement kann aus einem Kunststoff wie Polyamid oder dergleichen ausgebildet sein. Alternativ kann die Führungseinrichtung auch eine oder mehrere, federgelagerte Rollen aufweisen, bei denen die Abrollflächen der Rollen die Führungsflächen der Führungseinrichtung bilden.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Führungseinrichtung, ist die Führungseinrichtung dazu eingerichtet, eine relative Ausrichtung zwischen der Sensoranordnung und den einzelnen Kettengliedern der Ketten festzulegen. Diese Ausrichtung der Kettenglieder kann während des Prüfvorgangs so durch die Führungseinrichtung beibehalten werden.
Wenn die Führungseinrichtung mindestens ein Führungselement aufweist, kann in dem Führungselement ein Durchgangsloch ausgebildet sein, dessen Flanken die Führungsflächen für die Kettenglieder bilden. Vorzugsweise ist eine Kontur des Durchgangslochs an die in Querrichtung aufsummierten Umrisse mindestens zweier Kettenglieder angepasst. Es wird bevorzugt, dass das Durchgangsloch kreuzförmig ausgestaltet ist. Das Durchgangsloch kann gegenüber der Kontur der Kette spielbehaftet ausgebildet sein.
Die Vorrichtung weist insbesondere ein öffenbares Gehäuse auf, in welchem eine Prüfdurchgangsbohrung ausgebildet ist, die sich von einer ersten Seite des Gehäuses bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Gehäuses hin erstreckt. Vorzugsweise ist die Magnetanordnung und die Sensoranordnung in dem Gehäuse untergebracht, wodurch die Magnetanordnung und die Sensoranordnung vor Schmutz und anderen äußeren Einflüssen geschützt werden kann. Vorzugsweise sind die Magnetanordnung und die Sensoranordnung zumindest teilweise um die Prüfdurchgangsbohrung herum angeordnet. Es wird bevorzugt, dass die Führungseinrichtung ebenfalls, zumindest teilweise, in der Prüfdurchgangsbohrung angeordnet ist.
Die Führungseinrichtung kann mindestens ein weiteres Führungselement aufweisen, mit dem die Kette innerhalb der Vorrichtung geführt ist. Beispielsweise kann das erste Führungselement in einem Eingangsbereich der Prüfdurchgangsbohrung und das weitere Führungselement in dem anderen Eingangsbereich der Prüfdurchgangsbohrung angeordnet sein. Alternativ kann die Führungseinrichtung auch lediglich ein Führungselement aufweisen, das sich entlang der gesamten Prüfdurchgangsbohrung erstreckt.
Die Sensoranordnung kann ferner mindestens eine Messspule aufweisen, die sich zumindest teilweise (in Umfangsrichtung) um die Kette herum erstreckt. Die Sensoranordnung kann zudem mehrere solcher Messspulen aufweisen. Die Messspule kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Außerdem können die eine oder mehreren Messspulen entlang der Längsachse versetzt zu den Magnetfeldsensoren angeordnet sein.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, die Messdaten der Magnetfeldsensoren mit der erfassten Weglänge der Längenmesseinrichtung und vorzugsweise mit den Messdaten der Messspule derart zu fusionieren, dass eine wenigstens dreidimensionale Messabbildung der erfassten magnetischen Feldstärken in Umfangsrichtung und in Längsrichtung der Kette erzeugt wird. Hierdurch kann ein vollständiges Messabbild der Kette generiert werden.
Die Auswerteeinrichtung ist außerdem insbesondere dazu eingerichtet, in der dreidimensionalen Messabbildung Fehlmuster zu erkennen, die auf eine Fehlstellung in der Kette hindeuten. Insbesondere ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, diese Fehlmuster zu markieren und einen virtuellen Marker in den Messdaten an der erkannten Fehlmusterstelle zu setzen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann die Längenmesseinrichtung mindestens ein Messrad aufweisen, dass dazu eingerichtet ist, auf den Kettengliedern der Kette bei Relativbewegungen zwischen der Vorrichtung und der Kette abzurollen. Das Messrad kann mit einem Encoder versehen werden, mit dem der Abrollwinkel bestimmt werden kann und aufgrund der bekannten Geometrie dem Abrollwinkel eine zurückgelegte Weglänge zugeordnet werden kann. Voraussetzung für eine eindeutige Zuweisung zwischen Abrollwinkel und zurückgelegter Weglänge ist dabei, dass das Messrad nicht schlupfbehaftet an der Kette abrollt. Bei der ersten Ausführungsform ist das Messrad der Längenmesseinrichtung, vorzugsweise außerhalb des Gehäuses der Vorrichtung, derart anordenbar, dass das Messrad auf den Kettengliedrücken, der alternierend ausgerichteten Kettenglieder abrollbar ist, die in eine (gleiche) Richtung ausgerichtet sind. Alternativ ist das Messrad der Längenmesseinrichtung derart anordenbar, dass das Messrad in einer aus den alternierend ausgerichteten Kettengliedern im Lichtraum der Kette in Querrichtung gebildeten Furche abrollbar ist. Der Radius des Messrads ist vorzugsweise größer als die Längen der einzelnen Kettenglieder. Vorzugsweise ist der Radius des Messrads größer als die doppelte Länge, besonders bevorzugt größer als die dreifache Länge der einzelnen Kettenglieder. Hierdurch kann das Messrad auf dem Kettengliedrücken der einzelnen Kettenglieder abrollen, ohne durch die Kettenglieder gebildeten Vertiefungen folgen zu müssen. Alternativ kann das Messrad an dem Gehäuse der Vorrichtung derart federgelagert angebracht sein, dass das Messrad gegen die Kette vorgespannt ist.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann die Längenmesseinrichtung durch eine Vielzahl an Sensoren ausgeführt sein, welche vorzugsweise in Kettenrichtung angebracht sind. Die Vielzahl von Sensoren kann sich entlang wenigstens eines Teils, beispielsweise wenigstens 25 %, 40 %, 50 %, 60 % oder 70 %, der Länge des Axialabschnitts entlang erstrecken. Die Sensoren können als Magnetfeldsensoren ausgebildet sein, mit denen die Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und der Kette ermittelt werden kann. Die Vielzahl der Magnetfeldsensoren kann zusammen mit der Sensoranordnung eine Sensoreinheit oder jeweils separate Sensoreinheiten bilden. Die Auswerteeinheit kann ein Längenmessmodul aufweisen, die dazu eingerichtet ist, aus den Daten der zusätzlichen (Magnetfeld-)Sensoren die Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und der Kette zu ermitteln. Ferner können die zusätzlichen Sensoren auch als optische Sensoren ausgebildet sein, die dazu eingerichtet sind, die Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und den einzelnen Kettengliedern zu bestimmen.
Die Vorrichtung kann außerdem eine Speichereinheit und eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, die dazu eingerichtet sind, die Messdaten der Sensoranordnung und der Längsmesseinrichtung bedarfsweise zwischenzuspeichern und diese an die Auswerteeinheit zu senden. In dieser Ausführungsform ist die Auswerteeinheit im Gehäuse der Vorrichtung angeordnet. Alternativ kann die Auswerteeinheit innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung angeordnet sein. In dieser Ausführungsform kann die Auswerteeinheit eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, die dazu eingerichtet sein kann, mit weiteren Nutzerendgeräten verbunden zu werden, um die verarbeiteten und ausgewerteten Messwerte an die Benutzerendgeräte weiterzugeben.
Ferner ist die Aufgabe durch ein Verfahren zur zerstörungsfreien, magnetischen Prüfung einer Kette gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst:

- Anordnen der zu prüfenden Kette in einem Axialabschnitt, in dem ein Magnetfeld derart ausgebildet ist, dass sich die Kette längs in dem ausgebildeten Magnetfeld befindet;
- - Erfassen der Magnetfeldstärke auf einer die Kette umschlingenden Linie, die quer zu dem längs ausgebildeten Magnetfeld angeordnet ist;
- - Bestimmen der relativen Weglänge zwischen der Sensoranordnung und der Kette;
- - Zuordnen der Messdaten der Magnetfeldsensoren zu einer Umfangsposition und der erfassten Weglänge, vorzugsweise Erstellen einer zugeordneten, ortsaufgelösten Messabbildung; sowie
- - Detektieren von Fehlstellen der Kette in den zugeordneten Messdaten.

Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Merkmale und Vorteile sind entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Weiterbildungen oder Details der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, der Beschreibung sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigen:

1 Ein Beispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung;
2 Ein Beispiel für die Magnetanordnung und die Sensoranordnung der Prüfeinrichtung;
3A Ein Beispiel für die Führungseinrichtung sowie der Sensoranordnung;
3B Ein weiteres Beispiel für die Führungseinrichtung mit der Sensoranordnung;
4 Eine schematische Ansicht der Signalverarbeitung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
5A-5E Beispiele für Fehlstellen einer Kette.

1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 bei der zerstörungsfreien Prüfung einer Kette 11 mit einer Vielzahl von Kettengliedern 12. Die Vorrichtung 10 weist ein Gehäuse 13 auf, das öffenbar ausgestaltet ist. Zum Öffnen des Gehäuses 13 weist dieses eine obere Gehäuseschale 14 und eine untere Gehäuseschale 15 auf. Das Gehäuse 13 weist außerdem eine erste Seite 16 und eine der ersten Seite 16 gegenüberliegenden zweite Seite 17 auf, wobei sich eine Prüfdurchgangsbohrung 18 von der ersten Seite 16 bis hin zur zweiten Seite 17 erstreckt. Die zu prüfende Kette 11 ist bei der Prüfung der Kette innerhalb der Prüfdurchgangsbohrung 18 angeordnet. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist außerdem innerhalb der Prüfdurchgangsbohrung 18 eine Führungseinrichtung 19 angeordnet, die dazu eingerichtet ist, die Kettenglieder 12 der Kette 11 während des Prüfvorgangs der Kette 11 innerhalb der Vorrichtung 10 zu führen. Die Vorrichtung 10 weist außerdem eine Magnetanordnung 20 auf, die derart angeordnet ist, dass in einem Axialabschnitt 21 ein Magnetfeld 22 in Längsrichtung der Kette 11 angeordnet ist.
Die Vorrichtung 10 oder die Kette 11 können relativ zueinander entlang einer Längsrichtung 45a der Kette 11 bewegt werden, was in 1 durch die Pfeile 23 dargestellt ist. Eine Querrichtung 45b der Kette 11 ist quer zur Längsrichtung 45a definiert. In dem Axialabschnitt 21 ist außerdem eine Sensoranordnung 24 mit einer Vielzahl von Magnetfeldsensoren 25 auf einer die Kette 11 umschlingenden Linie 26 angeordnet.
Falls die Längenmesseinrichtung durch eine Vielzahl an Magnetfeldsensoren 53 ausgebildet ist, sind diese in Längsrichtung 45a der Kette 11 angeordnet, wie in 1 gestrichelt dargestellt. Die Anordnung kann mit der Sensoranordnung 24 zusammen in der Seitenprojektion eine T-förmige Anordnung (wie abgebildet) bilden. Alternativ kann die Anordnung auch eine L-förmige Anordnung in der Seitenprojektion bilden oder zwei oder mehrere ringförmig angeordnete Magnetfeldsonoren umfassen. In diesem Fall ist es nicht mehr erforderlich, dass die Vorrichtung 10 eine zusätzliche Längenmesseinrichtung 27 außerhalb des Gehäuses 13 aufweist. Vielmehr ist die Längenmesseinrichtung 27 bereits innerhalb des Gehäuses 13 in Form der zusätzlichen Vielzahl an Magnetfeldsensoren 53 umgesetzt. Die Details der Sensoranordnung 24 sind nachfolgend in Bezug auf die 2, 3A und 3B detailliert beschrieben.
In 1 ist außerdem eine Längenmesseinrichtung 27 abgebildet, die zur Bestimmung der relativen Weglänge zwischen der Vorrichtung 10 und der Kette 11 eingerichtet ist. Die in 1 gezeigte Längenmesseinrichtung weist ein Messrad 28 auf, das um eine Achse drehbar gelagert ist und mittels eines Arms 29 schwenkbar an dem Gehäuse 13 befestigt ist. Das Messrad 28 kann über den Arm 29 federnd gegen die Kette 11 vorgespannt sein.
Darüber hinaus weist die Vorrichtung 10 eine Auswerteeinheit 30 auf, die dazu eingerichtet ist, Messdaten 31 der Magnetfeldsensoren 25 und der Längenmesseinrichtung 27 zu empfangen, dieser einer Umfangsposition 32 und einer erfassten Weglänge 33 ortsaufgelöst zuzuordnen und in den ortsaufgelösten Messdaten Fehlstellen 34 zu detektieren.
Zudem weist die Vorrichtung 10 eine Kommunikationsschnittstelle 35 auf, die dazu eingerichtet ist, mit Benutzerendgeräten zu kommunizieren, beispielsweise detektierte Fehlstellen 34 oder die ortsaufgelösten Messdaten an das Benutzerendgerät 36 zu kommunizieren. Die Vorrichtung 10 kann außerdem eine Speichereinrichtung 37 aufweisen, die dazu eingerichtet sein kann, Messdaten der Sensoren 25, 27 und/oder der Auswerteeinheit 30 zwischenzuspeichern.
In 2 ist die Magnetanordnung 20 zusammen mit der Sensoranordnung 24 und mit der zu prüfenden Kette 11 veranschaulicht. Die Magnetanordnung 20 weist einen ersten Magnetbereich 38 an einer ersten Axialposition 39 und einen zweiten Magnetbereich 40 an einer zweiten Axialposition 41 des Axialabschnitts 21 auf. Der erste Magnetbereich 38 und der zweite Magnetbereich 40 sind über ein Joch 42 miteinander verbunden. Der erste Magnetbereich 38 weist insbesondere Permanentmagnete auf, die umgekehrt polarisiert zu den Permanentmagneten des zweiten Magnetbereichs 40 sind. In 2 sind die negativen Pole mit N und die positiven Pole mit S gekennzeichnet. Die Feldlinien des zwischen des ersten Magnetbereichs 38 und dem zweiten Magnetbereich 40 ausgebildeten Magnetfelds 22 sind in 2 gestrichelt dargestellt. Das Magnetfeld 22 erstreckt sich in Längsrichtung zu der Kette 11. Anders als in 2 gezeigt, können der erste Magnetbereich 38 und der zweite Magnetbereich 40 auch Elektromagneten aufweisen, zwischen denen das Magnetfeld 22 entsprechend aufgebaut ist.
Die Sensoranordnung 24 weist eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren 25 auf, die in einem Sensorbereich 43 an einer zwischen der ersten und der zweiten Axialposition 39, 41 angeordneten, dritten Axialposition 44 auf einer die Kette umschlingenden Linie 26 angeordnet sind. Die Magnetfeldsensoren 25 sind z.B. als Hallsensoren ausgebildet.
In 2 ist des Weiteren eine Längenmesseinrichtung 27 gestrichelt abgebildet, die durch die Vielzahl von Magnetfeldsensoren 53 realisiert ist, aus deren Daten die relative Weglänge zwischen der Vorrichtung 10 und der Kette 11 bestimmbar ist.
3A zeigt einen Querschnitt der Sensoranordnung 24 beispielhaft. Die Magnetfeldsensoren 25 sind in dem in 3A gezeigten Beispiel auf einer kreisförmigen Linie 26 um die Kette 11 herum angeordnet. Die Magnetfeldsensoren 25 sind dabei äquidistant zueinander auf der Linie 26 angeordnet.
In 3A ist außerdem ein Beispiel der Führungseinrichtung 19 abgebildet. In dem hier abgebildeten Beispiel weist die Führungseinrichtung 19 ein Führungselement 46 auf, in welchem ein kreuzförmiges Durchgangsloch 47 ausgebildet ist. Die einzelnen Kettenglieder 12 der Kette 11 sind in dem kreuzförmigen Durchgangsloch 47 geführt. Die Flanken des Durchgangslochs 47 bilden dabei Führungsflächen 48 für die einzelnen Kettenglieder 12. Die Abmessungen des Durchgangslochs 47 sind an die Abmessung der Kettenglieder angepasst, wobei das Durchgangsloch eine spielbehaftete Passung zu der Kette 11 aufweist.
Das Führungselement 46 kann austauschbar mit der Prüfungsvorrichtung 10 verbunden sein. Insbesondere kann die Prüfungsvorrichtung 10 viele verschiedene, unterschiedliche Elemente 46 aufweisen, die jeweils an unterschiedliche Ketten 11 angepasst sind.
3B zeigt ein weiteres Beispiel für die Sensoranordnung 24 zusammen mit der Führungseinrichtung 19. Für das in 3B gezeigte Beispiel gilt das zuvor in Bezug auf 3 gesagte unter Bezugnahme auf die Bezugszeichen entsprechend. Das in 3B gezeigte Beispiel unterscheidet sich von dem in 3A gezeigten Beispiel dadurch, dass die Sensoranordnung 24 einerseits mehr Magnetfeldsensoren 25 aufweist, als das in 3A gezeigte Beispiel. Andererseits unterscheiden sich die beiden Beispiele dadurch, dass diese Magnetfeldsensoren 25 in 3B nicht auf einer kreisförmigen Umfangslinie 26, sondern auf eine an die Querschnittskontur der Kette 11 angepassten Linie 26 angeordnet sind. Die in 3B gezeigte Linie 26 ist insbesondere nicht kreisförmig.
4 zeigt schematisch die Signalverarbeitung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Die Messdaten 31 der Magnetfeldsensoren 25 sowie die Weglängen 33 der Längenmesseinrichtung 27 werden von der Auswerteeinheit 30 empfangen. Die Auswerteeinheit 30 kann dazu eingerichtet sein, die empfangenen Daten derart zu fusionieren, dass eine wenigstens dreidimensionale Messabbildung 52 der erfassten magnetischen Feldstärke in Umfangsrichtung 32 und in Längsrichtung 33 der Kette 11 erzeugt wird. Die Auswerteeinheit 30 ist außerdem dazu eingerichtet, in der dreidimensionalen Messabbildung 52 Fehlmuster 49 zu erkennen. In dem in 4 gezeigten Beispiel sind mehrere reguläre Muster 50 abgebildet, die sich aufgrund der Ösen der einzelnen Kettenglieder 12 im Zusammenhang mit der Relativbewegung ergeben. Außerdem ist in 4 ein Fehlmuster 49 gezeigt, welches auf einen Riss in einem Kettenglied 12 hindeutet. Informationen über das Fehlmuster 49 und die in den Messdaten 31, 33 erkannten Fehlstellen 34 kann von der Auswerteinheit 30 virtuell markiert. Diese Informationen oder auch die den Informationen zugrundeliegenden Rohdaten können in einer Speichereinrichtung 37 abgelegt und/oder über die Kommunikationsschnittstelle 35 beispielsweise an ein Benutzerendgerät 36 oder eine externe Recheneinrichtung, wie z.B. an einen Computer, einen Server oder Cloud, übertragen und dort verarbeitet, dargestellt oder gespeichert werden.
Die 5A, 5B, 5C, 5D und 5E zeigen mehrere unterschiedliche Beispiele von Fehlstellen 34 in einem Kettenglied 12 der Kette 11. In 5A weist eines der Kettenglieder 12 eine Einkerbung 34 auf. Die Einkerbung hat in dem in 5A gezeigten Beispiel noch keine Auswirkung auf die Kettengliedlänge 51. Sie kann aber mittels der Vorrichtung 10 bereits frühzeitig erfasst und erkannt werden. 5B zeigt eine Fehlstelle 34, bei der ein Kettenglied 12 vollständig gerissen ist. Auch bei dem in 5B gezeigten Beispiel ist die Kettengliedlänge 51 des betroffenen Kettenglieds 12 noch nicht vergrößert. 5C zeigt ebenfalls einen Riss als Fehlstelle 34, wobei jedoch die Kettengliedlänge 51 in dem hier gezeigten Beispiel vergrößert gegenüber der regulären Kettengliedlänge ist. 5D zeigt außerdem eine Fehlstelle, bei dem ein Kettenglied 12 verbogen ist. Auch diese Fehlstelle zeichnet sich in der Messabbildung 52 durch ein charakteristisches Fehlmuster 49 aus. 5E zeigt außerdem ein Beispiel der Kette 11, bei dem es zu einer Längung einzelner Kettenglieder 12 gekommen ist. Auch die Längung 34 der einzelnen Kettenglieder 12 ist in der Messabbildung 52 als Fehlmuster 49 erkennbar.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 und ein Verfahren zur zerstörungsfreien, magnetischen Prüfung einer Kette 11 mit mehreren Kettengliedern 12, die mittels einer Führungseinrichtung 19 durch eine Magnetanordnung 20 an einem Axialabschnitt 21 hindurchgeführt wird, wobei in dem Axialabschnitt 21 eine Sensoranordnung 24 mit einer Vielzahl von Magnetfeldsensoren 25 angeordnet ist. Die Magnetfeldsensoren 25 sind auf einer die Kette 11 umschlingende Linie 26 angeordnet. Die Vorrichtung 10 weist außerdem eine Längenmesseinrichtung 27auf, die dazu eingerichtet ist, beispielsweise über ein Messrad oder über zusätzliche in Kettenrichtung 45a angeordnete Magnetfeldsensoren, die Weglänge der Kette relativ zur Vorrichtung 10 oder umgekehrt zu erfassen. Die Vorrichtung weist außerdem eine Auswerteeinheit 30 auf, die dazu eingerichtet ist, die Messdaten in den Magnetfeldsensoren zu empfangen, diese einer Umfangsposition und der erfassten Weglänge ortsaufgelöst zuzuordnen und in den ortsaufgelösten Messdaten Fehlstellen der Kette 11 zu detektieren.
Bezugszeichen:

10: Vorrichtung
11: Kette
12: Kettenglied
13: Gehäuse
14: obere Gehäuseschale
15: untere Gehäuseschale
16: erste Seite des Gehäuses
17: zweite Seite des Gehäuses
18: Prüfdurchgangsbohrung
19: Führungseinrichtung (Führungselement)
20: Magnetanordnung
21: Axialabschnitt
22: Magnetfeld
23: Relativbewegung zwischen Vorrichtung und Kette
24: Sensoranordnung
25: Magnetfeldsensoren
26: Linie
27: Längenmesseinrichtung
28: Messrad
29: Arm
30: Auswertemesseinheit
31: Messdaten
32: Umfangsposition
33: Weglänge
34: Fehlstelle
35: Kommunikationsschnittstelle
36: Benutzerendgerät
37: Speichereinrichtung
38: erster Magnetbereich
39: erste Axialposition
40: zweiter Magnetbereich
41: zweite Axialposition
42: Joch
43: Sensorbereich
44: dritte Axialposition
45a: Längsrichtung der Kette
45b: Querrichtung der Kette
46: Führungselement
47: Durchgangsloch
48: Führungsflächen
49: Fehlmuster
50: reguläres Muster
51: Kettengliedlänge
52: Messabbildung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10 2014 225 834 B4 [0003]
DE 10 2016 015 364 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (10) zur magnetischen Prüfung einer Kette (11) mit mehreren Kettengliedern (12), wobei die Vorrichtung (10) an einem Axialabschnitt (21) der Kette (11) anordenbar und relativ zur Kette (11) oder umgekehrt die Kette (11) relativ zur Vorrichtung (10) in Längsrichtung (45a) der Kette (11) bewegbar ist, aufweisend: - eine Magnetanordnung mit mehreren Magneten, die dazu eingerichtet sind, ein Magnetfeld (22) in einem Axialabschnitt (21), vorzugsweise in Längsrichtung (45a), auszubilden; - eine Führungseinrichtung (19) zur Führung der Kette (11); - eine Sensoranordnung (24) mit einer Vielzahl von Magnetfeldsensoren (25), die in einem Sensorbereich (43) an einer zwischen der ersten und der zweiten Axialposition (41) angeordneten, dritten Axialposition (44) des Axialabschnitts (21) auf einer die Kette (11) umschlingenden Linie (26) angeordnet sind; - eine Längenmesseinrichtung (27), die zur Bestimmung der relativen Weglänge (33) zwischen der Sensoranordnung (24) und der Kette (11) eingerichtet ist; und - eine Auswerteeinheit (30), die dazu eingerichtet ist, Messdaten (31) der Magnetfeldsensoren (25) zu empfangen, diese einer Umfangsposition (32) und der erfassten Weglänge (33) ortsaufgelöst zuzuordnen, und in den ortsaufgelösten Messdaten (31) Fehlstellen (34) der Kette (11) zu detektieren.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kette (11) umschlingende Linie (26), auf der die Magnetfeldsensoren (25) der Sensoranordnung angeordnet sind, an einen Lichtraum der Kette (11) in Querrichtung (45b) der Kette (11) angepasst ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (19) mehreren Führungsflächen (48) aufweist, an denen die Kettenglieder (12) der Kette (11) geführt sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (19) mindestens ein Führungselement (19) aufweist, wobei in dem Führungselement (19) ein Durchgangsloch (47) ausgebildet ist, dessen Flanken die Führungsflächen (48) für die Kettenglieder (12) der Kette (11) bilden.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontur des Durchgangslochs (47) an die in Querrichtung aufsummierten Umrisse mindestens zweier Kettenglieder (12) angepasst ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ein öffenbares Gehäuse (13) aufweist, in welchem eine Prüfdurchgangsbohrung (18) ausgebildet ist, die sich von einer ersten Seite (16) des Gehäuses (13) zu einer gegenüberliegenden, zweiten Seite (17) des Gehäuses (13) hin erstreckt.
Vorrichtung (10) nach einem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, die Magnetanordnung (20) und die Sensoranordnung (24) in dem Gehäuse (13) untergebracht und zumindest teilweise um die Prüfdurchgangsbohrung (18) herum angeordnet sind, wobei die Führungseinrichtung (19) vorzugsweise zumindest teilweise in der Prüfdurchgangsbohrung (18) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, die Messdaten (31) der Magnetfeldsensoren (25) mit der erfassten Weglänge (33) der Längenmesseinrichtung (27) derart zu fusionieren, dass eine wenigstens dreidimensionale Messabbildung der erfassten, magnetischen Feldstärke in Umfangsrichtung und in Längsrichtung der Kette (11) erzeugbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) dazu eingerichtet ist, in der dreidimensionalen Messabbildung (52) Fehlmuster (49) zu erkennen, die auf eine Fehlstelle (49) in der Kette (11) hindeuten.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenmesseinrichtung (27) mindestens ein Messrad (28) oder Magnetfeldsensoren (53) in Kettenrichtung (45a) aufweist, das dazu einrichtet ist, auf den Kettengliedern (12) der Kette (11) bei Relativbewegungen zwischen der Vorrichtung (10) und der Kette (11) abzurollen oder zu erfassen.
Vorrichtung (10 nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrad (28) der Längenmesseinrichtung (27) außerhalb des Gehäuses (13) der Vorrichtung (10) derart anordenbar ist, dass das Messrad (28) auf den Kettengliedrücken (12) der Kettenglieder (12) abrollbar ist, die in eine gleiche Richtung ausgerichtet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrad (28) der Längenmesseinrichtung (27) derart anordenbar ist, dass das Messrad (28) in einer aus den alternierend ausgerichteten Kettengliedern (12) im Lichtraum der Kette in Querrichtung gebildeten Furche abrollbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des Messrads (28) größer als die Länge der einzelnen Kettenglieder (12) ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) außerdem eine Speichereinheit (37) und eine Kommunikationsschnittstelle (35) aufweist, die dazu eingerichtet sind, die Messdaten (31) der Sensoranordnung (24) und der Längenmesseinrichtung (27) bedarfsweise zwischenzuspeichern und diese an die Auswerteeinheit (30) zu senden.
Verfahren zur magnetischen Prüfung einer Kette (11), umfassend: - Anordnen der zu prüfenden Kette (11) in einem Axialabschnitt (21), in dem ein Magnetfeld (22) ausgebildet ist, wobei sich die Kette (11) vorzugsweise längs in dem ausgebildeten Magnetfeld erstreckt; - Erfassen der Magnetfeldstärke mit einer Vielzahl von Magnetfeldsensoren (25) einer Sensoranordnung (24) in einem Sensorbereich (43) an einer zwischen der ersten und der zweiten Axialposition (41) angeordneten, dritten Axialposition (44) des Axialabschnitts (21) auf einer die Kette (11) umschlingenden Linie (26); - Bestimmen der relativen Weglänge (33) zwischen der Sensoranordnung (24) und der Kette (11); - Zuordnen der Messdaten (31) der Magnetfeldsensoren (25) zu einer Umfangsposition (32) und der erfassten Weglänge (33) und vorzugsweise Erstellen einer zugeordneten, ortsaufgelösten Messabbildung (52); sowie - Detektieren von Fehlstellen (48) der Kette (11) in den zugeordneten Messdaten (31).