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An Bandanlagen, insbesondere an Gurtbandanlagen, die im Bergbau unter Tage verwendet werden, muss gewährleistet werden, dass das Band mittig über die Führungs- und Stützrollen läuft und nicht mit den Flanken von Gehäusen, Abschirmungen, Sicherheitswänden und dergleichen in Berührung kommt. Dieser unerwünschte Fall ist als Schieflauf bekannt und führt zu Abrieb der Bandkanten, die häufig, wie das gesamte Band, aus Gummi bestehen. Schieflauf kann durch die entstehende Reibungshitze zwischen Wand und Band einen Brand auslösen oder zur Beschädigung oder Zerstörung des Bandes führen.
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Gerade im Bereich von Richtungsänderungen oder der Richtungsumkehr von Bändern werden Gehäuse eingesetzt, die einerseits eine – im Falle des Kohletransports unter Tage notwendige – Staubabschirmung bieten, andererseits auch als Lager für die Führungsrolle dienen können und darüber hinaus als Gehäuse für den Antrieb dienen können. Ein Schieflauf kann durch die Reibungshitze, die bei Reibung des Bandes an einer zumeist im Wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse der Rolle angeordneten, benachbarten Wandung auftritt, von Temperatursensoren erkannt werden, wenn eine bestimmte kritische Temperatur überschritten wird. Gekoppelt mit einem Abschaltmechanismus wird so die Sicherheit im Falle unerwünschten Schieflaufs gewährleistet. Die Temperatursensoren sind dabei aus Gründen der Zugänglichkeit an der Außenseite der vorzugsweise aus Metall gefertigten Wand angeordnet, während die Reibungshitze zunächst an der Innenseite der Wand entsteht. Eine zuverlässige Detektion kritischer Situationen findet daher in Abhängigkeit von der Stärke der Wand zeitverzögert statt, was bei heutzutage üblichen Wandstärken von ca. 30 mm zu Verzögerungen von bis zu drei Minuten führen kann. Eine einfache Temperaturmessung ist daher zu reaktionsträge, um Brandgefahren wirksam, wartungsarm und zuverlässig begegnen zu können. Das Band muss nicht zwingend ein Förderband sein, wie es typischerweise beim Bergbau unter Tage eingesetzt wird. Die Erfindung bezieht sich gleichermaßen auf Förder-, Lauf-, Antriebsbänder oder auch -ketten.
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Bereits
DE 28 03 143 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Temperaturüberwachung der Stützrollen von im Untertagebergbau betriebenen Förderbandanlagen, bei der die Temperaturen von mehreren Rollen durch Messung des Spannungsabfalls an von Konstantstrom durchflossenen, in Serie geschalteten Widersständen ermittelt und summiert wird, um mit einem der Rollenanzahl entsprechenden Vielfachen der auf gleiche Weise ermittelten Außentemperatur am Betriebsort der Bandanlage durch Differenzbildung verglichen zu werden. Dies Schaltung misst somit die Überschreitung eines Temperaturgrenzwertes im Vergleich zur Außentemperatur.
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DE 10 2004 014 084 A1 offenbart einen Gurtreiniger, der einen Temperaturfühler aufweisen kann, der einen gurtspezifischen Parameter erfassen soll, um diesen einer Auswertungseinheit zuzuführen, die zur Bestimmung einer den Gurtzustand charakterisierenden Größe aus einem Messwert eingerichtet ist. Auf die Art der Einrichtung der Auswertungseinheit oder die Auswertung selbst findet sich kein Hinweis. Stattdessen wird darauf hingewiesen, dass der Temperaturfühler statt im Gurtreiniger, der mit dem Band bzw. Gurt in Kontakt steht, auch in das Band eingearbeitet sein kann. Eine Einarbeitung in das Bandmaterial ist vergleichsweise aufwändig und entsprechend kostenträchtig, während die zwischen Gurtreiniger und Band auftretende Reibung die Zuverlässigkeit von Temperaturmessungen beeinträchtigt.
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DE 10 2005 051 888 A1 löst das Problem der berührenden Messung dadurch, dass ein optoelektronisches System ein auf einer thermochromischen Substanz basierendes, in das Band inkorporiertes detektierbares Segment erfasst, dass bei Überschreitung einer kritischen Temperatur seine Farbe wechselt. Dieses System verteuert die Herstellung der eingesetzten Bänder. Problematisch ist der Einsatz von optischen Systemen insbesondere unter Tage, da eine Verschmutzung der optischen Sensoren durch Staub die Zuverlässigkeit stark beeinträchtigen kann.
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DE 10 2005 037 117 A1 schlägt eine Vielzahl von Sensoren vor, die unter anderem auch die Temperatur innerhalb einer Bandanlage erfassen sollen. Auch hier wird jedoch lediglich die Überschreitung einer Grenztemperatur im Vergleich zur Umgebungstemperatur zur Auslösung einer Warnung offenbart.
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DE 102 48 875 A1 beschäftigt sich mit dem Schieflauf von Becherförderern, insbesondere vertikal angeordneten Gurtelevatoren. Dabei ermöglicht die Anordnung von mindestens einem Paar gegenüberliegender Thermosensoren die Ermittlung von vorgebbaren Temperaturdifferenzen. Obwohl hier Temperaturschwellwerte, Temperaturdifferenzen und/oder ein Temperaturanstieg ausgewertet werden sollen, ist es mit der dort vorgeschlagenen Anordnung nicht möglich, schieflaufbedingte von anderen Temperaturänderungen sicher und in kürzester Zeit zu unterscheiden. Nachteil der dort offenbarten Lösung ist auch, dass die Umgebungstemperatur als Referenztemperatur und somit immer ein zweiter Sensor benötigt wird.
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US 6 237 752 B1 schließlich adressiert das Problem der bei Temperaturmessungen unvermeidlichen Zeitverzögerung und schlägt als Lösung vor, das Erreichen eines Vibrationsschwellwertes statt eines Temperaturschwellwertes zur Auslösung eines Alarms zu Verwenden oder, um eine differenziertere Information zu erhalten, beide Methoden miteinander zu kombinieren. Nachteilig ist hier der konstruktiv hohe Aufwand mit dem auch ein höherer Wartungsaufwand einhergeht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein zuverlässiges, reaktionsschnelles, robustes, wartungsarmes und gut zugänglich anzubringendes Messgerät sowie eine geeignete Anordnung zum Einsatz des Messgerätes und ein Verfahren zur Signalauslösung zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Nachteile des Standes der Technik beheben, unabhängig von der Umgebungstemperatur arbeiten und zudem kostengünstig bereitgestellt und angewendet werden können.
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Dies gelingt erfindungsgemäß durch ein Temperaturmessgerät gemäß Anspruch 1, eine Anordnung gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird ein Temperaturmessgerät, das einen Temperatursensor, einen Zeitmesser, eine Datenverarbeitungseinheit und einen Signalgeber aufweist, wobei der Signalgeber in Abhängigkeit von einer schieflaufbedingten, bandspezifischen Änderung des von dem Temperatursensor erfassten Temperaturwertes, die über eine Zeitspanne vordefinierter Länge stattfindet, ein Abschaltsignal ausgibt, wobei zur Bestimmung der Änderung des Temperaturwertes vom Anfang bis zum Ende der vordefinierten Zeitspanne der Zeitmesser den Zeitwert und der Temperatursensor den Temperaturwert kontinuierlich an die mit dem Signalgeber gekoppelte Datenverarbeitungseinheit übergeben. Vorteilhafterweise sind alle Komponenten in ein robustes Edelstahlgehäuse eingebaut. Im einfachsten Fall werden Datenpaare aus Temperaturwert und Messzeitpunkt in der Datenverarbeitungseinheit bereitgestellt. Die Änderung des Temperaturwertes über eine Zeitspanne vordefinierter Länge wird somit erfasst und berechnet. Geht diese Änderung über eine Zeitspanne vordefinierter Länge mit einer schieflaufbedingten, bandspezifischen Geschwindigkeit vonstatten, so wird der Signalgeber zur Ausgabe eines Signals veranlasst. Selbstverständlich können auch Zeitspannen unterschiedlicher Länge sukzessive abgefragt werden, um schieflaufbedingte, bandspezifische Muster zu erkennen.
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Vorteilhafterweise wird der Signalgeber an einen Endabschalter gekoppelt, der den Bandantrieb zum Stillstand bringt, sobald er das Abschaltsignal empfängt. Indem lediglich die Änderung der Temperatur ausgewertet wird, ist eine Reaktion des Temperaturmessgerätes mittels einer Einpunktmessung möglich. Ein Vergleich mit der Umgebungstemperatur entfällt.
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In bevorzugten Ausführungsformen ist der Signalgeber des Temperaturmessgerätes in der Lage verschiedene Signale zu senden, je nach Input durch die Datenverarbeitungseinheit. So ist es möglich, die Ausgabe des Abschaltsignals reversibel zu gestalten, indem ein zusätzliches Signal im Wechsel mit dem Abschaltsignal gesendet wird, das beispielsweise den normalen Betriebszustand signalisieren kann, wenn die Temperatur sich über eine Zeitspanne vordefinierter Länge nicht mehr ändert oder fällt.
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Als Signale eignen sich unterschiedlich Frequenzen, es können aber ebenso andere Größen, wie beispielsweise unterschiedliche Stromstärken als Signal ausgegeben werden. Die Erkennung einer schieflaufbedingten, bandspezifischen Änderung der Termperaturwerte über eine Zeitspanne vordefinierter Länge kann mit einfacher Erkennung von Temperaturgrenz- und/oder Termperaturgefährdungswerten gekoppelt werden. Dazu ist ein Signalgeber vorzusehen, der unterschiedliche Signale ausgeben kann, je nach Input durch die Datenverarbeitungseinheit. So können Abschalt-, Alarm-, Warn-, Betriebs- und Testsignale ausgegeben werden.
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Um das erfindungsgemäße Temperaturmessgerät optimal zum Einsatz bringen zu können, sollte dies in einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 erfolgen. Dabei wird das Temperaturmessgerät an der bandabgewandten Seite der Wand angeordnet, die die Rolle und der Rolle benachbarte Abschnitte des Bandes abschirmt und im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Rolle angeordnet ist. Die Wand hat beispielsweise bei Anwendungen im Bergbau unter Tage üblicherweis eine Stärke von 30 mm und ist von der Bandflanke in etwa 30 mm bis 90 mm beabstandet, so dass bei Schieflauf auf jeden Fall eine Berührung der Wandinnenseite durch das Band auftritt. Es bleibt dem Fachmann überlassen, einen geeigneten Abstand der Wand zur Bandflanke zu wählen, je nach Dimensionierung der Bandanlage insgesamt, Bandbreite und Auslegung des Rollenlagers. Nicht zuletzt dient die Wand dazu, bei Schieflauf ein vollständiges Abgleiten des Bandes von der Rolle zu verhindern, was bei fortgesetztem Bandlauf schnell zu seiner Beschädigung oder Zerstörung führen würde.
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Bevorzugterweise ist das an der Wandaußenseite angeordnete Temperaturmessgerät mit einem Endabschalter für den Bandantrieb verkabelt.
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Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Temperaturmessgerät mit dem Temperatursensor an einer Stelle der Wandaußenseite positioniert an der eine Berührung der Wandinnenseite durch das Band bei Schieflauf auftritt, also an einer Stelle, die sich auf der dem Bandlaufweg entsprechenden Fläche an der Wandaußenseite befindet.
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Die grundlegenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schieflauferkennung mittels eines Temperaturmessgerätes ergeben sich aus Anspruch 10. Dabei werden die von dem Temperatursensor kontinuierlich erfassten Temperaturwerte und die von dem Zeitmesser kontinuierlich erfassten Messzeitpunkte an die Datenverarbeitungseinheit übergeben. In der Datenverarbeitungseinheit werden sodann aus den Temperaturwerten und den jeweiligen Messzeitpunkten Messwertpaare gebildet und bereit gestellt. Die Datenpaare werden dort zur kontinuierlichen Berechnung der Änderung des Temperaturwertes über eine Zeitspanne vordefinierter Länge verwendet. So kann beispielsweise erkannt werden, ob eine schieflaufbedingte, bandspezifische Änderungsgeschwindigkeit über eine Zeitspanne vordefinierter Länge anhält. Ein wichtiger Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Tatsache, dass nicht erst ein Temperaturgrenzwert erreicht werden muss, bevor ein Signal ausgelöst wird. Es wird bereits die schieflaufbedingte, bandspezifische Änderung der Temperatur über eine Zeitspanne vordefinierter Länge detektiert. Die Zeit bis zur Auslösung eines verlässlichen Signals wird dadurch erheblich verkürzt, bei der Anwendung im Bergbau unter Tage um den Faktor 50 bis 60.
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Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 12. Das Abschaltsignal muss nicht quittiert werden. Sollte die gemessene Temperatur über eine Zeitspanne vordefinierter Länge nicht weiter steigen oder fallen, so wird erneut das Betriebssignal übertragen. Ob das Abschaltsignal tatsächlich zum Abschalten des Bandantriebs genutzt wird, bleibt dem Bandanlagenbetreiber überlassen. Ebenso ist eine deutliche Alarmmeldung, beispielsweise akustischer oder optischer Art möglich. Das Schieflauferkennungsverfahren kann weiter verfeinert werden, indem Temperaturgrenzwerte bwz. Termperaturgefährdungswerte abgefragt werden, die entsprechend abgestufte Alarm- bzw. Warnsignale auslösen. Wichtig ist, dass die Reihenfolge der Abfragen eingehalten wird, wie sie sich aus den Ansprüchen ergibt.
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Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens anhand des Schaltdiagramms (1) näher erläutert:
Bei Inbetriebnahme des Temperaturmessgerätes wird zunächst über 20 Sekunden ein Selbsttest des Gerätes durchgeführt, indem zwei Signalfrequenzen von 9 Hz und 12 Hz im Wechsel ausgegeben werden. Dies signalisiert, dass das Gerät in der Lage ist, unterschiedlich Frequenzen abwechselnd zu senden. Wird ein Schieflauf aufgrund einer bandspezifischen Änderung des Temperaturwertes über eine Zeitspanne vordefinierter Länge detektiert, so wird ein Abschaltfrequenz von 14 Hz ausgegeben. Steigt die Temperatur über eine Zeitspanne vordefinierter Länge nicht weiter so wird die Prüfroutine erneut gestartet. Bei Überschreiten eines voreingestellten Temperaturgrenzwertes von 60°C wird eine Alarmfrequenz von 10 Hz ausgegeben. Fällt die Temperatur wieder unter diese Temperatur so wird die Prüfroutine erneut gestartet. Überschreitet die Temperatur eine voreingestellt Gefährdungstemperatur von 40°C, so wird eine Warnfrequenz von 8 Hz ausgegeben und die Prüfroutine wird erneut durchlaufen. Verläuft die Prüfroutine ergebnislos, so wird eine Betriebsfrequenz von 6 Hz gesendet. Ein Selbsttest kann jederzeit durch einen Neustart des Gerätes von außen initiiert werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung wird anhand der 2 bis 4 näher erläutert: Zu erkennen sind:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bandanlage
- 2
- Band
- 3a
- Wand des Gehäuses
- 3b
- Wand des Gehäuses
- 4a
- Temperaturmessgerät
- 4b
- Temperaturmessgerät
- 5
- Temperatursensor
- 6
- Zeitmesser
- 7
- Datenverarbeitungseinheit
- 8
- Signalgeber
- 9
- Drehachse der Rolle
- 10
- Rolle
- 11
- Schalter für Bandantrieb
- 12
- der Rolle benachbarte Bandabschnitte
- 13
- Flanke des Bandes
- 14
- Position des Temperaturmessgerätes
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2 zeigt eine Aufsicht auf die Bandanlage (1) von oben ohne obere Gehäuseabdeckung mit gerade laufendem Band (2). In dieser Situation wird ein Betriebssignal von den auf beiden Seiten der Bandanlage (1) angeordneten Temperaturmessgeräten (4a, 4b) ausgegeben. Zu erkennen ist auch der Aufbau des erfindungsgemäßen Temperaturmessgerätes (4) mit Temperatursensor (5), Zeitmesser (6), Datenverarbeitungseinheit (7) und Signalgeber (8).
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3 zeigt die Bandanlage (1) in in der Aufsicht wie 2 bei Schieflauf. In dieser Situation wird ein Abschaltsignal von einem der beiden Temperaturmessgeräte an einen Schalter (11) ausgegeben.
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4 zeigt die Bandanlage (1) in der Seitenansicht ohne vordere Wand (4a), wobei die bevorzugte Position (14) des Temperaturmessgerätes (4) mit Temperatursensor (5) bezüglich des Bandlaufes zusätzlich eingezeichnet ist.
