DE102009034216B4

DE102009034216B4 - Verfahren zur Überwachung eines Schreitzylinders und Steuerung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009034216B4
Application number: DE102009034216.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Reuter; Johannes Koenig
Original assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Current assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: CN101963063B; CN101963063A; DE102009034216A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Schreitzylinders eines Ausbauschildes für den Untertagebau mit zumindest einer Kufe (14) und einer Kappe (22), zwischen denen mindesten ein Stempel (18) angeordnet ist, wobei an dem Ausbauschild zumindest ein Detektor (32) vorgesehen ist, der zumindest zwei und vorzugsweise drei Beschleunigungssensoren umfasst, deren Messachsen im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen, umfassend die folgenden Schritte: Bewegen des Schreitzylinders, Erfassen der von dem Detektor während der Bewegung des Schreitzylinders gemessenen Beschleunigungswerte, Ermittlung der Position des Schreitzylinders aus den Beschleunigungswerten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Schreitzylinders eines Ausbauschildes für den Untertagebau.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine Wegmessung von Schreitzylindern mit einem Längenmesssystem innerhalb des Hydraulikzylinders zu realisieren. Zu diesem Zweck werden beispielsweise Reed-Messstäbe oder Ultraschalllängenmesssysteme verwendet. Für eine Nachrüstung von Ausbauschilden oder für sehr einfache Schilde sind derartige Messsysteme jedoch mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Schreitzylinders zu schaffen, mit denen ohne Änderung des Schreitwerkzylinders bei niedrigen Kosten eine Überwachung des Schreitzylinders, d. h. eine Überwachung seiner jeweiligen Stellung, erreicht werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche und insbesondere durch ein Verfahren zur Überwachung eines Schreitzylinders eines Ausbauschildes für den Untertagebau mit zumindest einer Kufe und einer Kappe, zwischen denen mindestens ein Stempel angeordnet ist, wobei an dem Ausbauschild zumindest ein Detektor vorgesehen ist, der zumindest zwei und vorzugsweise drei Beschleunigungssensoren umfasst, deren Messachsen im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen.
Ein Ausbauschild mit einem Detektor der vorstehend beschriebenen Art ist aus der DE 10 2007 035 848 A1 bekannt.
Um die Position des Schreitzylinders zu überwachen, wird dieser erfindungsgemäß bewegt und es werden Beschleunigungswerte erfasst die von dem Detektor während der Bewegung des Schreitzylinders gemessen worden sind. Aus den erfassten Beschleunigungswerten wird dann die Position des Schreitzylinders ermittelt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mit Hilfe eines an dem Ausbauschild oder auch am Schreitwerk vorgesehenen Beschleunigungssensors eine Erkennung der Position des Schreitzylinders vorgenommen werden kann, da üblicherweise die neue Position durch eine zügige Bewegung innerhalb des zur Verfügung stehenden Zylinderhubs entstanden ist. Mit dem Detektor lässt sich auch eine Aussage treffen, auf welche Art und Weise das Ausbauschild gestoppt wurde. Wird beispielsweise die Bewegung des Ausbauschildes abrupt abgebrochen, nachdem ein Weg zurückgelegt wurde, der etwa dem maximalen Zylinderhub entspricht, so kann hieraus geschlossen werden, dass die Endlage des Schreitzylinders erreicht worden ist. Hört dagegen die Bewegung während des Hubes auf und die Geschwindigkeit nimmt hierbei langsam ab, so kann darauf geschlossen werden, dass sich das Ausbauschild verkeilt hat und sich durch nochmaliges Rauben vollständig vorziehen lässt. Auch dieser Vorgang kann wiederum mit dem Detektor überwacht werden, da der Beschleunigungssensor detektieren kann, ob sich das Ausbauschild wieder in Bewegung setzt und die Endlage erreicht.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform können die von dem Detektor gemessenen Beschleunigungswerte integriert werden, um die Geschwindigkeit der Bewegung zu ermitteln. Auf diese Weise lassen sich Rückschlüsse ziehen, ob und wenn ja auf welche Weise das Ausbauschild ordnungsgemäß schreitet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann aus den gemessenen Beschleunigungswerten der vom Schreitzylinder zurückgelegte Weg ermittelt werden, indem beispielsweise die über die Zeit integrierte Beschleunigung nochmals integriert wird.
Weiterhin kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform aus den gemessenen Beschleunigungswerten und unter Berücksichtigung des Maximalhubs des Schreitzylinders ermittelt werden, ob der Schreitzylinder seine Endlage erreicht hat. Ist nämlich der maximale Hub des Schreitzylinders bekannt, so kann durch Vergleichen der Endposition, d. h. nach Abfall der Geschwindigkeit auf Null, festgestellt werden, ob im Wesentlichen der Maximalhub des Schreitzylinders durchgeführt worden ist oder ob dies nicht der Fall ist.
Weiterhin kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform das Ausbauschild bei Nichterreichen der Endlage geraubt werden und anschließend kann der Schreitzylinder automatisch erneut betätigt werden, um ein Schreiten auch dann zu erzielen, wenn sich das Ausbauschild verklemmt haben sollte.
Es kann vorteilhaft sein, wenn das Erfassen der Beschleunigungswerte dann begonnen wird, wenn das Bewegen des Schreitzylinders beginnt, da in diesem Fall gewährleistet ist, dass keine anderweitigen Einwirkungen auf das Ausbauschild detektiert werden. Aus dem gleichen Grund kann es vorteilhaft sein, wenn während des Bewegens des Schreitzylinders keine anderen Zylinder des Ausbauschildes aktiviert werden, da sich ansonsten falsche Messwerte ergeben könnten.
Erfindungsgemäß ist auch eine Steuerung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vorgesehen, mit welcher der Schreitzylinder aktiviert werden kann und die von dem Detektor gemessenen Beschleunigungswerte erfasst werden. Weiterhin kann die Steuerung mit Hilfe eines Mikroprozessors aus den gemessenen Beschleunigungswerten die Position des Schreitzylinders ermitteln, beispielsweise indem die ermittelten Beschleunigungswerte über die Zeit zweifach integriert werden. Weiterhin kann der Maximalhub des Schreitzylinders in die Steuerung eingegeben werden, so dass durch eine Vergleichseinrichtung festgestellt werden kann, ob der mit Hilfe des Detektors ermittelte Weg, den der Schreitzylinder zurückgelegt hat, im Wesentlichen dem Maximalhub des Schreitzylinders entspricht.
Der Detektor mit den Beschleunigungssensoren kann an der Kappe des Ausbauschildes montiert sein. Er kann jedoch auch an der Kufe oder am Schreitwerk selbst befestigt werden, da in jedem dieser Fälle bei einer Bewegung des Ausbauschildes dessen Beschleunigung detektiert werden kann.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Ausbauschildes; und
2 eine Darstellung von erfassten Beschleunigungswerten und des daraus errechneten Geschwindigkeitsverlaufs sowie des zurückgelegten Weges.
1 zeigt ein gesetztes Ausbauschild, das zwei Kufen 14 aufweist, die über jeweils einen Stempel 18 mit einer Kappe 22 verbunden sind. Die Bezugszeichen 24 und 26 bezeichnen Lenker der Lemniskate, die mit einem Bruchschild 28 in Verbindung stehen.
Mit dem Bezugszeichen 32 ist ein rein schematisch dargestellter Detektor bezeichnet, der an der Unterseite der Kappe 22 befestigt ist. Der Detektor 32 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel drei baulich getrennte Beschleunigungssensoren auf, deren Messachsen orthogonal zueinander verlaufen, wodurch unabhängig von der Montageposition eine Messung der Beschleunigung sowohl in Längsrichtung wie auch in Querrichtung möglich ist. Der Messbereich der verwendeten Beschleunigungssensoren beträgt etwa ±1 g. Ferner können alternativ oder zusätzlich auch Detektoren an dem Bruchschild 28 und/oder an einem oder beiden Lenkern 24 und 26 vorgesehen sein. Die Detektoren können auch als Neigungssensoren eingesetzt werden, wie dies in der DE 10 2007 035 848 beschrieben ist.
Ferner weist das in den 1 dargestellte Ausbauschild ein Schreitwerk mit einem Schreitzylinder 34 auf, der an einem Förderer 35 befestigt ist, und in dem ein Längenmesssystem integriert sein kann. Für eine Redundanz oder bei Ausfall des Längenmesssystems kann aus den Signalen des Detektors 32 die Position des Schreitzylinders 34 ermittelt werden.
Mit dem vorstehend beschriebenen Ausbauschild steht eine Steuerung in Verbindung, die mit Hilfe eines Neigungsdetektors, der an einem der Lenker 24 und 26 vorgesehen ist, sowie eines weiteren Neigungsdetektors, der an dem Bruchschild 28 vorgesehen ist, die ausgefahrene Höhe des Schildes berechnet. Diese Berechnung kann dank der verwendeten Neigungsdetektoren unabhängig von einer Längs- oder Querneigung des Schildes erfolgen.
Die (in den Figuren nicht dargestellte) Steuerung steht mit dem Detektor 32 in Verbindung und löst einerseits eine Bewegung des Schreitzylinders aus, wenn dies gewünscht wird. Andererseits wird synchron mit der Bewegung des Schreitzylinders erfasst, welche Beschleunigungswerte von den Beschleunigungssensoren des Detektors 32 während der Bewegung des Schreitzylinders gemessen werden. Diese Werte werden abgespeichert und sind beispielhaft in 2 entlang der Zeit als Verlauf A dargestellt. Aufgrund der vorhandenen Reibung unterliegt das Ausbauschild positiven und negativen Beschleunigungen, wobei am Ende des maximalen Hubs des Schreitzylinders die Beschleunigung schlagartig auf Null abfällt.
Durch Integration der Beschleunigungswerte über die Zeit kann die aktuelle Geschwindigkeit von der Steuerung ermittelt werden, die durch den gepunkteten Verlauf B dargestellt ist. Durch nochmalige Integration lässt sich schließlich der von dem Schreitzylinder und somit auch von dem Ausbauschild zurückgelegte Weg ermitteln, der durch den gestrichelten Verlauf C in 2 dargestellt ist.
Durch einen Vergleich der gemessenen und berechneten Werte der Beschleunigung, der Geschwindigkeit bzw. des zurückgelegten Weges und durch einen Vergleich mit dem (bekannten) Maximalhub des Schreitzylinders lässt sich ermitteln, ob der Schreitzylinder seine Endlage erreicht hat. Wenn dies nicht der Fall ist, kann die Steuerung automatisch ein erneutes Rauben des Schildes und ein anschließendes Betätigen, d. h. ein Ausfahren und/oder Zurückfahren des Schreitzylinders, auslösen, so dass dieser seine Endlage noch erreicht.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Schreitzylinders eines Ausbauschildes für den Untertagebau mit zumindest einer Kufe (14) und einer Kappe (22), zwischen denen mindesten ein Stempel (18) angeordnet ist, wobei an dem Ausbauschild zumindest ein Detektor (32) vorgesehen ist, der zumindest zwei und vorzugsweise drei Beschleunigungssensoren umfasst, deren Messachsen im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufen, umfassend die folgenden Schritte: Bewegen des Schreitzylinders, Erfassen der von dem Detektor während der Bewegung des Schreitzylinders gemessenen Beschleunigungswerte, Ermittlung der Position des Schreitzylinders aus den Beschleunigungswerten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Beschleunigungswerte integriert werden, um die Geschwindigkeit der Bewegung zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Beschleunigungswerten der vom Schreitzylinder zurückgelegte Weg ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Beschleunigungswerten unter Berücksichtigung des Maximalhubs des Schreitzylinders ermittelt wird, ob der Schreitzylinder seine Endlage erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbauschild bei Nichterreichen der Endlage geraubt und anschließend der Schreitzylinder erneut betätigt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Beschleunigungswerte dann begonnen wird, wenn das Bewegen des Schreitzylinders beginnt.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bewegens des Schreitzylinders keine anderen Zylinder des Ausbauschildes bewegt werden.
Steuerung zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Einrichtung zur Aktivierung des Schreitzylinders (34), eine Einrichtung zum Erfassen der von dem Detektor (32) während der Bewegung des Schreitzylinders (34) gemessenen Beschleunigungswerte, und eine Einrichtung zur Ermittlung der Position des Schreitzylinders (34) aus den Bescheunigungswerten.
Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung der Position des Schreitzylinders (34) aus den Beschleunigungswerten ein Integrationsmittel aufweist.
Steuerung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, die aus den gemessenen Beschleunigungswerten unter Berücksichtigung des Maximalhubs des Schreitzylinders (34) ermittelt, ob der Schreitzylinder seine Endlage im Wesentlichen erreicht hat.