DE10003308A1 - Verfahren und Einrichtung zur Geräuschquellendetektion und -lokalisierung an Förderbändern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Geräuschquellendetektion und -lokalisierung an Förderbändern, insbesondere an Bandstrecken in Tagebaubetrieben. Das Verfahren wird dadurch durchgeführt mittels wenigstens einer mobilen, förderbandungebundenen Meßeinrichtung , mit welcher während einer etwa parallelen Vorbeifahrt an einem Förderband, der von den einzelnen Rollen und/oder Girlanden des Förderbandes emittierte Schallpegel erfaßt wird, die während der Vorbeifahrt zumindest abschnittsweise kontinuierlich erfaßten Schallpegel in einer Anzahl von n-Schallspektren unterteilt wird und eine Zuordnung bestimmter Schallspektren zu bestimmten Rollen oder Girlanden mittels eines parallel zu dem erfaßten Schallpegel aufgezeichneten Ortungs- oder Positionssignals erfolgt.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen von Förderbandanla­ gen dienen in der Regel der Überwachung und/oder Steuerung von Antrieben und der Vermeidung von Betriebsausfällen und Be­ triebsstörungen. Oftmals werden unzulässige Wärmeentwicklungen an Rollen, Girlanden, Bandschurren oder Übergabe- und Abwurf­ stellen mangels zweckentsprechender Überwachungs- und Kon­ trollsysteme zu spät erkannt. Insbesondere zur Vermeidung der mit unzulässiger Wärmeentwicklung einhergehender Feuergefahren sind verschiedenste Vorrichtungen zum Überwachen von Förder­ bandanlagen entwickelt worden. Daneben spielen aber auch die Geräuschemissionen einer Förderbandanlage eine entscheidende Rolle. Hohe Pegelwerte werden durch Lagerdefekte verursacht. Ebenso wirken sich beschädigte Oberflächen oder unrunder Lauf nachteilig auf das Geräuschverhalten aus. Es hat sich als notwendig erwiesen, sogenannte Girlandenrollensätze bzw. die durch diese verursachten Geräuschemissionen zu überwachen. Die Geräuschentwicklung solcher Girlandenrollen gibt unmittelbar Aufschluß über den Zustand der Lager und der Oberflächenbe­ schaffenheit der eingesetzten Girlandenrollen. Girlandenrol­ len, deren Lager defekt sind, erzeugen einen erhöhten Geräuschpegel. Wird die betreffende Girlandenrolle nicht rechtzeitig außer Betrieb gesetzt, können deren Lager blockie­ ren, was eine erhöhte Reibung zwischen der betreffenden Rolle und dem Förderband zur Folge hat. Die hieraus resultierende thermische Beanspruchung stellt eine ständige Feuergefahr dar, die es insbesondere bei untertage aufgestellten in Tunnellage betriebenen Förderbandanlagen zu vermeiden gilt.

Mit dieser Problematik befaßt sich beispielsweise die DE 36 11 125, aus welcher eine verfahrbare Vorrichtung zur Über­ wachung von Förderbandanlagen beschrieben ist, die mannlos am oder neben dem Förderbandtragegerüst der Bandanlage über die Förderbandlänge verfahrbar geführt ist und die mit einem Kame­ rasystem zur Kontrolle der Girlandenrollensätze, des Band­ tragegerüstes und des Förderbande s versehen ist. Diese Vor­ richtung ist ferner mit Wärmesensoren und Mikrofonen ausgerü­ stet, die, wie das Kamerasystem über Leitungen oder drahtlos mit einem Kontrollstand oder mit einem in der Vorrichtung vorhandenen Speicher verbunden sind. Die Vorrichtung ist über eine Schiene auf den Längsholmen der Bandtragkonstruktion verfahrbar und mit Robotern bzw. Roboterarmen bestückt, an denen entsprechende Meßeinrichtungen angeordnet sind, bei­ spielsweise Mikrofone, Wärmesensoren und Kameras. Die Roboter­ arme sind so verfahrbar und schwenkbar ausgebildet, daß diese die Rollen bzw. Girlandenrollensätze des lastaufnehmenden Trums der Förderbandanlage einzeln abfahren und abtasten kön­ nen. Hierzu werden die Roboterarme seitlich unter das Lasttrum des betreffenden Förderbands geschwenkt.

Aus der DE 31 31 963 A1 ist ein Förderanlagen- und Laufrollen­ überwachungssystem bekannt, das eine permanente Überwachung von Laufrollen durch ortsfest angebrachte Sensoren vorsieht.

Aus der DE 37 09 837 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Überwachung und/oder Steuerung von Antrieben von Fördergeräten bekannt. Dort wird vorgeschlagen, beispielsweise an Abstützungen Geräuschaufnehmer zu installieren. Die Ge­ räusche im Leerlauf werden aufgezeichnet und fortlaufend mit dem Geräusch während des Betriebes verglichen. Durch die Über­ wachung sollen möglicherweise beim Betrieb auftretende Schäden oder Überlastungen der Antriebe vermieden werden.

Außer den zuvor beschriebenen Gründen, Rollen und Girlanden­ rollensätze von Förderbandanlagen auf akustische Auffälligkeiten zu überwachen, gilt es insbesondere in Tagebaubetrie­ ben, wegen der unmittelbaren Nähe zu Ortschaften und auch wegen des allgemeinen gestiegenen Umweltbewußtseins, die Geräuschemissionen stärker zu überwachen und laute Bandberei­ che durch Tasuch der Rollen in iher Geräuschentwicklung zu reduzieren. Zur Eliminierung der betreffenden Geräuschquelle sind diese zunächst zu detektieren und zu lokalisieren. Band­ strecken stellen im Tagebaubetrieb neben Großgeräten und An­ triebsstationen wesentliche Geräuschquellen dar und können damit einen erheblichen Anteil an den Geräuschemissionen im Umfeld eines Tagebaus ausmachen. Daher sind Überwachung und Instandhaltung der Förderwege verbunden mit dem Austausch akustisch aufälliger Girlanden oder Bandtragerollen erforder­ lich.

Bislang wurde die Bandüberwachung durch Begehung mit Kontroll­ personal ausgeführt, welches Aussagen über das Emissionsver­ halten der lastaufnehmenden Obergurtrollen oder Obergurtgir­ landen nach subjektiven Maßstäben traf. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig und gibt keinen eindeutigen Aufschluß über etwa auszutauschende Girlanden oder Rollen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein völlig neuartiges Verfahren sowie eine Einrichtung zur Geräuschquel­ lendetektion und -lokalisierung an Förderbändern zur Verfügung zu stellen, wobei insbesondere das Verfahren eine eindeutige Lokalisierung auszutauschender Girlanden und/oder Rollen er­ möglichen soll und vor allen Dingen einfach und schnell über große Abschnitte von Bandstrecken einsetzbar sein soll.

Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein Verfahren zur Ge­ räuschquellendetektion und -lokalisierung an Förderbändern, insbesondere an Bandstrecken in Tagebaubetrieben, mittels wenigstens einer mobilen, förderbandungebundenen Meßeinrich­ tung, mit welcher während einer etwa parallelen Vorbeifahrt an einem Förderband der von einzelnen Rollen und/oder Girlanden des Förderbands emittierte Schallpegel erfaßt wird, die wäh­ rend der Vorbeifahrt zumindest abschnittsweise kontinuierlich erfaßten Schallpegel in eine Anzahl von n-Schallpegeln unter­ teilt wird und eine Zuordnung bestimmter Schallspektren zu bestimmten Rollen oder Girlanden mittels einem parallel zu dem erfaßten Schallpegel aufgezeichneten Ordnungs- bzw. Positions­ signals erfolgt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es, Bandstrecken, beispielsweise mittels einer Kfz-gebundenen Meßeinrichtung abzufahren und während der Vorbeifahrt in verhältnismäßig großem Abstand berührungslos eine Abbildung der Geräuschemis­ sionen eines Förderbandes in Form eines Meßprotokolls zu er­ stellen, welches über die schalltechnische Situation der Band­ strecke informiert und als Entscheidungshilfe für den Aus­ tausch akustisch auffälliger Girlanden zur Reduzierung des längenbezogenen Schallleistungspegels der Bandstrecke her­ angezogen werden kann. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Einrichtungen fordert das Verfahren gemäß der Erfindung keine ortsfest installierte Sensorik, deren Anschluß verhältnismäßig aufwendig ist.

Vorzugsweise erfolgt die Erfassung des Schallpegels über we­ nigstens ein Mikrofon mit Richtcharakteristik, so daß gezielt das abgestrahlte Geräusch einer Girlande oder einer Rolle fokussiert werden kann. Der Einfluß der Schallemissionen be­ nachbarter Rollen oder Girlanden wird hierdurch abgeschwächt.

Vorzugsweise wird als Ortungssignal das Signal eines Ultra­ schall-Sensors aufgezeichnet. Zweckmäßigerweise wird ein Ton­ signal des Ultraschall-Sensors aufgezeichnet, dessen Unter­ brechung und/oder dessen Variation zur Zuordnung bestimmter Schallspektren zu einzelnen Rollen, Girlanden oder Girlanden­ gerüsten verwendet wird.

Gemäß einer Variante des Verfahrens nach der Erfindung ist vorgesehen, den Schallpegel von Girlanden eines Förderbands zu erfassen, wobei eine Anzahl von n-Schallspektren jeweils mit­ tels eines Ortungssignals einem Girlandengerüst zugeordnet wird und eine rechnerische Zuordnung bestimmter Schallspektren zu einzelnen Girlanden anhand der Abmessungen der Gerüste und/oder der Position der Gerüste innerhalb der Girlanden erfolgt. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß mittels des Ultraschall-Sensors der Beginn und das Ende jedes Gerüsts, welches beispielsweise vier Girlanden aufnimmt, erfaßt. Dabei wird von dem Ultraschall-Sensor ein Tonsignal generiert, das am Anfang und am Ende jedes Gerüsts unterbrochen wird. Über die Dauer eines solchen Tonintervalls wird dann beispielsweise der gemessene Schallpegel in eine bestimmte Anzahl von Einzel­ spektren zerlegt, von denen beispielsweise jeweils vier ein­ zelne Spektren rechnerisch den entsprechenden Girlanden zu­ geordnet werden. Für diesen Zweck werden die Abmessungen des Gerüsts und die Positionen der Girlanden verwendet.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß als Ortungssignal ein von einem Laserabstandsmeßgerät erzeugtes Signal aufgezeichnet wird. Hiermit kann beispielsweise die Ortung von Gerüstzwi­ schenräumen oder aber auch von einzelnen Tragrollen einer Förderbandanlage ohne Zeitverzögerung erfaßt werden. Mit dem Laserabstandsmesser kann dabei kontinuierlich die Entfernung der Meßeinrichtung von der Bandstrecke erfaßt werden, was die etwa parallele Vorbeifahrt an der Bandstrecke erleichtert. Außerdem wird auf der Tragkonstruktion des Förderbandes ein deutlich sichtbarer Laserpunkt erzeugt, der die Ausrichtung einer Meßeinrichtung erleichtert.

Schließlich können als Ortungssignale die mit einer mobilen Antennenanordnung von an dem Förderband angeordneten Trans­ pondern ausgelesene Informationen verwertet werden. Es wäre beispielsweise denkbar, daß der Anfang und/oder das Ende jedes Girlandengerüsts mit einem Transponder versehen sind, deren Informationen über eine an der Bandstrecke vorbeigeführte Antennenanordnung ausgelesen werden. Wenn beispielsweise an einzelnen Girlandenträgern oder Rollenträgern jeweils Trans­ ponder angeordnet werden, ist es möglich, auf etwa in den Transpondern gespeicherte Informationen wie Alter und Ein­ baudatum der Rollen oder Girlandenträger zurückzugreifen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Einrichtung zur Geräuschquellendetektion und -lokalisierung an Förderbändern, insbesondere an Bandstrecken in Tagebaubetrieben, als portable und/oder fahrzeugmontierbare Meß- und Aufzeichnungsanordnung mit wenigstens einem Richt­ mikrofon zur fokussierten Erfassung der Geräuschemissionen von Rollen und/oder Girlanden des Förderbands, mit wenigstens einem Ortungssignalgeber und/oder Ortungssignalempfänger und wenigstens einer Einrichtung zur parallelen Aufzeichnung des gemessenen Schallpegels und des empfangenen Ortungssignals.

Als Richtmikrofon kann beispielsweise ein Parabolspiegel- Richtmikrofon vorgesehen sein, welches sich für die Zwecke gemäß der Erfindung als besonders geeignet erwiesen hat.

Als Ortungssignalgeber und -empfänger ist vorzugsweise ein Ultraschallsensor vorgesehen, alternativ kann ein Laserab­ standsmesser Anwendung finden.

Zweckmäßigerweise umfaßt die Einrichtung gemäß der Erfindung eine Datenverarbeitungseinheit, in welcher die Digitalisie­ rung, Zuordnung und gegebenenfalls Auswertung der aufgezeich­ neten Meßdaten erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels erläutert werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer auf einem Kraft­ fahrzeug installierten Meßeinrichtung und

Fig. 2 die Darstellung von entlang einer Bandstrecke gemesse­ nen Schallpegeln und des zugehörigen Ortungssignals.

Fig. 1 ist schematisch ein Kfz 1 mit einer daran angeordneten Meßanordnung 2 dargestellt, die Bestandteil der Einrichtung zur Geräuschquellendetektion und -lokalisierung an Bandstrec­ ken in Tagebauen ist. Die Meßanordnung 2 umfaßt einen an einer Teleskopstange 3 verstellbar angeordneten Ultraschallsensor 4, ein mit 5 bezeichnetes Parabolspiegel-Richtmikrofon sowie ein Standardmikrofon 6 mit Kugelcharakteristik. Das Parabolspiegel-Richtmikrofon 5 und das Standardmikrofon 6 sind an einem in Richtung auf die Schallquelle ausrichtbaren Ge­ stänge 7 angeordnet, welches wiederum am Kfz 1 befestigt ist. Die Meßanordnung 2 ist an eine im Inneren des Kfz 1 angeordne­ te portable Datenverarbeitungs- und Aufzeichnungsanordnung angeschlossen.

Während der Vorbeifahrt des Kfz 1 an einer nicht dargestellten Bandstrecke wird mit dem Parabolspiegel-Richtmikrofon 5 ge­ zielt die Geräuschemission der in abstandsweise entlang der Bandstrecke angeordneten Girlandengerüsten aufgehängten Gir­ landen, jeweils bestehend aus drei. Tragrollen erfaßt und auf­ gezeichnet. Jedes Girlandengerüst ist üblicherweise mit vier Girlanden bestückt. Zur Detektion akustisch auffälliger Gir­ landen wurde für die Messung mit dem Parabolspiegel-Richt­ mikrofon ein Frequenzbereich von 500 Hz bis zu 1 kHz ausge­ wählt, da in diesem Frequenzbereich die Schallspektren lauter und leiser Girlanden deutlich voneinander abweichen. Mit dem Standardmikrofon 6 wird die gesamte Schalleistung der Band­ strecke erfaßt, um die mit dem Parabolspiegel-Richtmikrofon 5 gemessenen Pegelwerte in Schalleistungspegel der abgefahrenen Bandstrecke umrechnen zu können. Ein solches zweites Mikrofon ist jedoch dann entbehrlich, wenn bei der Auswertung der er­ faßten Meßsignale die mit dem Parabolspiegel-Richtmikrofon 5 gemessenen Pegelwerte mittels einer Transformationsfunktion direkt in Schalleistungspegel der gemssenen Bandstrecke umge­ rechnet werden.

Die Geräuschpegel- und Gerüstdetektion entlang der Bandstrecke erfolgt derart, daß mit dem Ultraschallsensor 4 ein Tonsignal generiert wird, das parallel zu den von dem Parabolspiegel- Richtmikrofon 5 erfaßten Pegeln aufgezeichnet wird. Der Ul­ traschallsensor 4 erfaßt während der Vorbeifahrt des Kfz 1 an der Bandstrecke den Beginn und das Ende eines jeden Girlanden­ gerüstes. Detektiert der Ultraschallsensor 4 in seinem Erfas­ sungsbereich ein Hindernis, im vorliegenden Fall einen Gir­ landenträger, so gibt er ein Tonsignal aus. Erreicht der Ul­ traschallsensor 4 den Zwischenraum zweier Girlandenträger, so wird das Tonsignal unterbrochen. Die gleichzeitige Aufzeich­ nung des Tonsignals und der von dem Parabolspiegel-Richtmikro­ fon 5 erfaßten Pegel ermöglicht eine Zuordnung der Geräusche zu den entsprechenden Girlandengerüsten.

Bei der Erfassung der Gerüstzwischenräume mittels des Ultra­ schallsensors 4 entsteht aufgrund der Trägheit des Ultraschallsensors 4 eine Verzögerung. Diese Verzögerungszeit wird rechnerisch in der an die Meßanordnung 2 angeschlossenen Datenverarbeitungseinheit berücksichtigt.

In Fig. 2 ist der Summenpegel des von dem Parabolspiegel- Richtmikrofon 5 aufgezeichneten Geräuschsignals als ein erster Graph 8 dargestellt. Als zweiter Graph 9 ist das Signal des Ultraschallsensors 4 dargestellt. Das kontinuierlich aufge­ zeichnete Geräuschsignal wird für jedes Gerüst in einer Anzahl von beispielsweise 23 Spektren zerlegt. Mit Hilfe einer Aus­ wertungssoftware werden die einzelnen Schallspektren rechne­ risch anhand der Länge des Gerüstes und dem Abstand zwischen den Girlanden jeweils einer Girlande zugeordnet. Um den Run­ dungsfehler bei der Zuordnung der Spektren zu den Girlanden aufzuheben, wird der Schalldruckpegel für jede Girlande aus dem Mittelwert von drei benachbarten Spektren-Summenpegeln errechnet. Hieraus läßt sich für jede Girlande eines Gerüsts ein Schalleistungspegel ermitteln, der in einem Gir­ landen/Pegel-Diagramm darstellbar ist. Die Auswertungssoftware erstellt ein Ergebnisprotokoll in dem neben den technischen Daten der Bandstrecke die akustisch auffälligen Girlanden der Bandstrecke tabellarisch in Gruppen entsprechend ihrer Ge­ räuschemission aufgeteilt werden. Das Ergebnisprotokoll ist eine Entscheidungshilfe für die Bewertung, welche akustisch auffälligen Girlanden einer Bandstrecke ausgetauscht werden müssen, um einen gewünschten längenbezogenen Schalleistungspegel der vermessenen Bandstrecke oder eines Abschnitts der vermessenen Bandstrecke zu erzielen.

Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Anwendung beschränkt, vielmehr können mittels entsprechender Sensorik, auch mit einem Ultraschallsensor, einzelne Rollen einer übli­ chen Förderbandanlage lokalisiert werden, wobei deren Schall­ leistungspegel mittels eines Richtmikrofons erfaßt wird.

Bezugszeichenliste

1

Kfz

2

Meßanordnung

3

Teleskopstange

4

Ultraschallsensor bzw. Lasereinrichtung

5

Parabolspiegel-Richtmikrofon

6

Standardmikrofon

7

Gestänge

8

,

9

Graphen

Claims (12)

1. Verfahren zur Geräuschquellendetektion und -lokalisierung an Förderbändern, insbesondere an Bandstrecken in Tagebau­ betrieben, mittels wenigstens einer mobilen, förderbandun­ gebundenen Meßeinrichtung, mit welcher während einer etwa parallelen Vorbeifahrt an einem Förderband der von ein­ zelnen Rollen und/oder Girlanden des Förderbands emittier­ te Schallpegel erfaßt wird, die während der Vorbeifahrt zumindest abschnittsweise kontinuierlich erfaßten Schall­ pegel in eine Anzahl von n-Schallspektren unterteilt wird und eine Zuordnung bestimmter Schallspektren zu bestimmten Rollen oder Girlanden mittels eines parallel zu dem erfaß­ ten Schallpegel aufgezeichneten Ortungs- bzw. Positions­ signals erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erfassung des Schallpegels über wenigstens ein Mikrofon mit Richtcharakteristik erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß als Ortungs­ signal das Signal eines Ultraschallsensors aufgezeichnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tonsignal des Ultraschallsensors aufgezeichnet wird, dessen Unterbrechung und/oder dessen Variation zur Zuordnung bestimmter Schallspektren zur einzelnen Rollen, Girlanden oder Girlandengerüsten verwen­ det wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der Schallpegel von Girlandengerüsten eines Förderbandes erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von n-Schallspektren jeweils mittels eines Ortungssignals einem Girlandengerüst zugeordnet wird und daß eine rechnerische Zuordnung bestimmter Schallspektren zu einzelnen Girlanden anhand der Abmessungen der Gerüste und der Position der Gerüste innerhalb der Girlanden er­ folgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ortungssignal ein von einem Laserabstandsmeßgerät erzeugtes Signal aufgezeichnet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ortungssignal die mit einer mobilen Antennenanordnung von an dem Förderband angeordneten Transpondern ausgelesenen Informationen ver­ wertet werden.

3. Einrichtung zur Geräuschquellendetektion und -lokalisie­ rung an Förderbändern, insbesondere an Bandstrecken in Tagebaubetrieben, als portable und/oder fahrzeugmontier­ bare Meß- und Aufzeichnungsanordnung mit wenigstens einem Richtmikrofon zur fokussierten Erfassung der Geräusch­ emission von Rollen und/oder Girlanden des Förderbands, mit wenigstens einem Ortungssignalgeber und/oder Ortungs­ signalempfänger und wenigstens einer Einrichtung zur par­ allelen Aufzeichnung des gemessenen Schallpegels und des empfangenen Ortungssignals.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Richtmikrofon ein Parabolspiegel- Richtmikrofon (5) vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, daß als Ortungs­ signalgeber und -empfänger ein Ultraschallsensor (4) vor­ gesehen ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, daß als Ortungs­ signalgeber und -empfänger ein Laserabstandsmesser vor­ gesehen ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit umfaßt, in welcher die Digitalisierung, Zuordnung und gegebenenfalls Auswertung der aufgezeichneten Meßdaten Erfolgt.