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Verfahren
und Vorrichtungen zum Überwachen
von Förderbandanlagen
dienen in der Regel der Überwachung
und/oder Steuerung von Antrieben und der Vermeidung von Betriebsausfällen und
Betriebsstörungen.
Oftmals werden unzulässige
Wärmeentwicklungen
an Rollen, Girlanden, Bandschurren oder Übergabe- und Abwurfstellen
mangels zweckentsprechender Überwachungs-
und Kontrollsysteme zu spät
erkannt. Insbesondere zur Vermeidung der mit unzulässiger Wärmeentwicklung
einhergehender Feuergefahren sind verschiedenste Vorrichtungen zum Überwachen
von Förderbandanlagen
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 Oberflächenbeschaffenheit
der eingesetzten Girlandenrollen. Girlandenrollen, deren Lager defekt
sind, erzeugen einen erhöhten
Geräuschpegel.
Wird die betreffende Girlandenrolle nicht rechtzeitig außer Betrieb
gesetzt, können
deren Lager blockieren, 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.
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Mit
dieser Problematik befaßt
sich beispielsweise die
DE
36 11 125 A1 , aus welcher eine verfahrbare Vorrichtung
zur Überwechung
von Förderbandanlagen
beschrieben ist, die mannlos am oder neben dem Förderbandtragegerüst der Bandanlage über die
Förderbandlänge verfahrbar
geführt
ist und die mit einem Kamerasystem zur Kontrolle der Girlandenrollensätze, des
Bandtragegerüstes
und des Förderbandes
versehen ist. Diese Vorrichtung ist ferner mit Wärmesensoren und Mikrofonen
ausgerüstet, 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, beispielsweise Mikrofone, Wärmesensoren und Kameras. Die
Roboterarme sind so verfahrbar und schwenkbar ausgebildet, daß diese
die Rollen bzw. Girlandenrollensätze
des lastaufnehmenden Trums der Förderbandanlage
einzeln abfahren und abtasten können.
Hierzu werden die Roboterarme seitlich unter das Lasttrum des betreffenden
Förderbands geschwenkt.
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Aus
der
DE 31 31 963 A1 ist
ein Förderanlagen-
und Laufrollenüberwachungssystem
bekannt, das eine permanente Überwachung
von Laufrollen durch ortsfest angebrachte Sensoren vorsieht.
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Aus
der
DE 37 09 837 A1 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und/oder Steuerung
von Antrieben von Fördergeräten bekannt.
Dort wird vorgeschlagen, beispielsweise an Abstützungen Geräuschaufnehmer zu installieren. Die
Geräusche
im Leerlauf werden aufgezeichnet und fortlaufend mit dem Geräusch während des
Betriebes verglichen. Durch die Überwachung
sollen möglicherweise
beim Betrieb auftretende Schäden oder Überlastungen
der Antriebe vermieden werden.
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Außer den
zuvor beschriebenen Gründen, Rollen
und Girlandenrollensätze
von Förderbandanlagen
auf akustische Auffällig keiten
zu überwachen, gilt
es insbesondere in Tagebaubetrieben, wegen der unmittelbaren Nähe zu Ortschaften
und auch wegen des allgemeinen gestiegenen Umweltbewusstseins, die
Geräuschemmissionen
stärker
zu überwachen und
laute Bandbereiche durch Tausch der Rollen in ihrer Geräuschentwicklung
zu reduzieren. Zur Eliminierung der betreffenden Geräuschquelle
sind diese zunächst
zu detektieren und zu lokalisieren. Bandstrecken stellen im Tagebaubetrieb
neben Großgeräten und
Antriebsstationen 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 auffälliger Girlanden oder Bandtragerollen
erforderlich.
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Bislang
wurde die Bandüberwachung
durch Begehung mit Kontrollpersonal ausgeführt, welches Aussagen über das
Emissionsverhalten der lastaufnehmenden Obergurtrollen oder Obergurtgirlanden nach
subjektiven Maßstäben traf.
Dieses Verfahren ist zeitaufwendig und gibt keinen eindeutigen Aufschluss über etwa
auszutauschende Girlanden oder Rollen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein völlig neuartiges
Verfahren sowie eine Einrichtung zur Geräuschquellendetektion und -lokalisierung
an Förderbändern zur
Verfügung
zu stellen, wobei insbesondere das Verfahren eine eindeutige Lokalisierung
auszutauschender Girlanden und/oder Rollen ermöglichen soll und vor allen
Dingen einfach und schnell über
große
Abschnitte von Bandstrecken einsetzbar sein soll.
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Die
Aufgabe wird zunächst
gelöst
durch ein Verfahren zur Geräuschquellendetektion
und -lokalisierung an Förderbändern, insbesondere
an Bandstrecken in Tagebaubetrieben, mittels wenigstens einer mobilen,
förderbandungebundenen
Messeinrichtung, mit welcher währen
einer parallelen Vorbeifahrt an einem Förderband der von einzelnen
Rollen und/oder Girlanden des Förderbands
emittierte Schallpegel erfasst wird, die während der Vorbeifahrt zumindest
abschnittsweise kontinuierlich erfaßten Schallpegel in eine Anzahl
von n-Schallpegeln unterteilt wird und eine Zuordnung bestimmter
Schallspektren zu bestimmten Rollen oder Girlanden mittels einem
parallel zu dem erfaßten
Schallpegel aufgezeichneten Ordnungs- bzw. Positionssignals erfolgt.
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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 Geräuschemissionen
eines Förderbandes
in Form eines Meßprotokolls
zu erstellen, welches über
die schalltechnische Situation der Bandstrecke informiert und als
Entscheidungshilfe für
den Austausch akustisch auffälliger
Girlanden zur Reduzierung des längenbezogenen
Schallleistungspegels der Bandstrecke herangezogen 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.
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Vorzugsweise
erfolgt die Erfassung des Schallpegels über wenigstens ein Mikrofon
mit Richtcharakteristik, so daß gezielt
das abgestrahlte Geräusch
einer Girlande oder einer Rolle fokussiert werden kann. Der Einfluß der Schallemissionen
benachbarter Rollen oder Girlanden wird hierdurch abgeschwächt.
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Vorzugsweise
wird als Ortungssignal das Signal eines Ultraschall-Sensors aufgezeichnet. Zweckmäßigerweise
wird ein Tonsignal des Ultraschall-Sensors aufgezeichnet, dessen
Unterbrechung und/oder dessen Variation zur Zuordnung bestimmter
Schallspektren zu einzelnen Rollen, Girlanden oder Girlandengerüsten verwendet
wird.
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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 mittels
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 wird. 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 Einzelspektren
zerlegt, von denen beispielsweise jeweils vier einzelne Spektren rechnerisch
den entsprechenden Girlanden zugeordnet werden. Für diesen
Zweck werden die Abmessungen des Gerüsts und die Positionen der
Girlanden verwendet.
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Alternativ
kann vorgesehen sein, daß als
Ortungssignal ein von einem Laserabstandsmeßgerät erzeugtes Signal aufgezeichnet
wird. Hiermit kann beispielsweise die Ortung von Gerüstzwischenräumen 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.
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Schließlich können als
Ortungssignale die mit einer mobilen Antennenanordnung von an dem Förderband
angeordneten Transpondern 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 Transponder angeordnet werden, ist es möglich, auf etwa in den Transpondern
gespeicherte Informationen wie Alter und Einbaudatum der Rollen
oder Girlandenträger
zurückzugreifen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden,
wobei auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer auf einem Kraftfahrzeug installierten
Messeinrichtung und
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2 die
Darstellung von entlang einer Bandstrecke gemessenen Schallpegeln
und des zugehörigen
Ortungssignals.
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1 ist
schematisch ein Kfz 1 mit einer daran angeordneten Messanordnung 2 dargestellt,
die Bestandteil der Einrichtung zur Geräuschquellendetektion und -lokalisierung
an Bandstrecken 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 Gestänge 7 angeordnet,
welches wiederum am Kfz 1 befestigt ist. Die Messanordnung 2 ist
an eine im Inneren des Kfz 1 angeordnete portable Datenverarbeitungs- und
Aufzeichnungsanordnung angeschlossen.
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Während der
Vorbeifahrt des Kfz 1 an einer nicht dargestellten Bandstrecke
wird mit dem Parabolspiegel-Richtmikrofon 5 gezielt die
Geräuschemission
der in abstandsweise entlang der Bandstrecke angeordneten Girlandengerüsten aufgehängten Girlanden,
jeweils bestehend aus drei Tragrollen, erfasst und aufgezeichnet.
Jedes Girlandengerüst
ist üblicherweise
mit vier Girlanden bestückt.
Zur Detektion akustisch auffälliger
Girlanden wurde für
die Messung mit dem Parabolspiegel-Richtmikrofon ein Frequenzbereich
von 500 Hz bis zu 1 kHz ausgewählt,
da in diesem Frequenzbereich die Schallspektren lauter und leiser
Girlanden deutlich voneinander abweichen. Mit dem Standardmikrofon 6 wird
die gesamte Schallleistung der Bandstrecke erfasst, um die mit dem
Parabolspiegel-Richtmikrofon 5 gemessenen Pegelwerte in
Schallleistungspegel der abgefahrenen Bandstrecke umrechnen zu können. Ein
solches zweites Mikrofon ist jedoch dann entbehrlich, wenn bei der
Auswertung der erfassten Messsignale die mit dem Parabolspiegel-Richtmikrofon 5 gemessenen
Pegelwerte mittels einer Transformationsfunktion direkt in Schallleistungspegel
der gemessenen Bandstrecke umgerechnet werden.
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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 Ultraschallsensor 4 erfasst
während
der Vorbeifahrt des Kfz 1 an der Bandstrecke den Beginn
und das Ende eines jeden Girlandengerüstes. Detektiert der Ultraschallsensor 4 in
seinem Erfassungsbereich ein Hindernis, im vorliegenden Fall einen
Girlandenträger, so
gibt er ein Tonsignal aus. Erreicht der Ultraschallsensor 4 den
Zwischenraum zweier Girlandenträger, so
wird das Tonsignal unterbrochen. Die gleichzeitige Aufzeichnung
des Tonsignals und der von dem Parabolspiegel-Richtmikrofon 5 erfaßten Pegel
ermöglicht eine
Zuordnung der Geräusche
zu den entsprechenden Girlandengerüsten.
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Bei
der Erfassung der Gerüstzwischenräume mittels
des Ultraschallsensors 4 entsteht aufgrund der Trägheit des
Ultraschallsensors 4 eine Verzögerung. Diese Verzögerungszeit
wird rechnerisch in der an die Meßanordnung 2 angeschlossenen
Datenverarbeitungseinheit berücksichtigt.
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In 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
aufgezeichnete Geräuschsignal
wird für
jedes Gerüst
in einer Anzahl von beispielsweise 23 Spektren zerlegt.
Mit Hilfe einer Auswertungssoftware werden die einzelnen Schallspektren
rechnerisch anhand der Länge
des Gerüstes
und dem Abstand zwischen den Girlanden jeweils einer Girlande zugeordnet.
Um den Rundungsfehler 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 Girlanden/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 Geräuschemission
aufgeteilt werden. Das Ergebnisprotokoll ist eine Entscheidungshilfe
für die
Bewertung, welche akustisch auffälligen
Girlanden einer Bandstrecke ausgetauscht werden müssen, um
einen gewünschten
längenbezogenen
Schalleistungs pegel der vermessenen Bandstrecke oder eines Abschnitts
der vermessenen Bandstrecke zu erzielen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Anwendung beschränkt, vielmehr
können
mittels entsprechender Sensorik, auch mit einem Ultraschallsensor,
einzelne Rollen einer üblichen
Förderbandanlage
lokalisiert werden, wobei deren Schallleistungspegel mittels eines
Richtmikrofons erfaßt wird.
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- 1
- Kfz
- 2
- Meßanordnung
- 3
- Teleskopstange
- 4
- Ultraschallsensor
bzw. Lasereinrichtung
- 5
- Parabolspiegel-Richtmikrofon
- 6
- Standardmikrofon
- 7
- Gestänge
- 8,
9
- Graphen