DE10310893B4

DE10310893B4 - Anordnung aus hydraulischen Bauteilen sowie Aktoren und/oder Sensoren für den untertägigen Bergbau

Info

Publication number: DE10310893B4
Application number: DE10310893.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Mundry Sebastian M.; Jens Titschert; Werner Reinelt; Franz-Heinrich Suilmann; Patrick Hantke; Torsten Boldt; Horst Wagner; Jürgen Romanski
Original assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: CN1550638B; RU2004107135A; US7127885B2; DE10310893A1; PL365762A1; AU2004200963A1; AU2004200963B8; PL201118B1; GB0403818D0; US20040221713A1; GB2399378A; AU2004200963B2; GB2399378B; CN1550638A; RU2334109C2

Abstract

Anordnung aus einem hydraulischen Bauteil für den untertägigen Bergbau, insbesondere für den untertägigen Schreitausbau, sowie Aktoren und/oder Sensoren, die ein Gehäuse aufweisen und über ein Datenübertragungssystem an ein Steuergerät anschließbar oder angeschlossen sind, wobei mit jedem Aktor eine Funktion am hydraulischen Bauteil auslösbar und/oder mit jedem Sensor ein hydraulischer Zustand an einer Meßstelle des hydraulischen Bauteils oder eine andere Meßgröße am Schreitausbau meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Aktor (3) und/oder Sensor (7, 8) im zugehörigen Gehäuse (4) eine Leseeinheit (20; 30) zugeordnet ist und dem hydraulischen Bauteil (1) für jede Funktion oder jede Meßstelle ein Informationselement (12; 13) zugeordnet ist, dessen Information mit der Leseeinheit (20; 30) auslesbar und an das Steuergerät (6) übertragbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem hydraulischen Bauteil für den untertägigen Bergbau, insbesondere für den untertägigen Schreitausbau, sowie Aktoren und/oder Sensoren, die ein Gehäuse aufweisen und über ein Datenübertragungssystem an ein Steuergerät anschließbar oder angeschlossen sind, wobei mit jedem Aktor eine Funktion am hydraulischen Bauteil auslösbar und/oder mit jedem Sensor ein hydraulischer Zustand an einer Meßstelle des hydraulischen Bauteils oder eine andere Meßgröße am Schreitausbau meßbar ist.
Gattungsgemäße Anordnungen werden im untertägigen Bergbau insbesondere an den elektrohydraulischen Ventilblöcken oder -leisten zum Ansteuern der hydraulischen Funktionen der im untertägigen Strebausbau eingesetzten Schilde verwendet. Jede Ventilleiste ist hierbei mit mehreren hydraulischen Steuerventilen versehen und jedes Steuerventil ist mit einem eigens hierfür an der Ventilleiste montierten Aktor ansteuerbar, wie beispielhaft die DE 102 07 698 A1 zeigt. Im untertägigen Bergbau ist es üblich, an den Ventilleisten aller Schilde im Aufbau und Aussehen identische Aktoren einzusetzen, so daß z. B. bei Defekt eines Aktors dieser durch einen beliebigen anderen Aktor ersetzt werden kann. Bei einem Austausch eines Aktors oder dem Austausch eines bzw. mehrerer Steuerventile muß der Bergmann dafür Sorge tragen, daß jeweils jedem Steuerventil der richtige Aktor zugeordnet wird. Die Ventilleisten von untertägigen Schilden bieten daher ein Gefahrenpotential für personalbedingte Montage- und Anschlußfehler. Gleiches gilt auch für die Sensoren an untertägigen Schilden, mit welchen z. B. die Stellung einzelner Kappen oder Hubstempel oder der hydraulische Druck in den die hydraulischen Bauteile des Schildes bildenden Zylindern oder Stempeln gemessen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung aus hydraulischen Bauteilen sowie Aktoren und/oder Sensoren für den untertägigen Bergbau zu schaffen, bei der die vorgenannte Gefahrenquelle für personalbedingte Anschlußfehler nicht mehr besteht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedem Aktor und/oder Sensor im zugehörigen Gehäuse eine Leseeinheit zugeordnet ist und dem hydraulischen Bauteil für jede Funktion und/oder jede Meßstelle ein Informationselement zugeordnet ist, dessen Information mit der Leseeinheit auslesbar und an das Steuergerät übertragbar ist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß dem Steuergerät jederzeit bekannt ist, mit welchem Aktor eine bestimmte Funktion am hydraulischen Bauteil geschaltet und ausgelöst wird. Handelt es sich bei dem hydraulischen Bauteil beispielsweise um eine hydraulische Ventilleiste oder einen hydraulischen Ventilblock mit mehreren Steuerventilen, die jedes einer bestimmten Funktion des elektrohydraulisch angesteuerten Schildes entsprechen, wäre ein Vertauschen zweier Aktoren dem Steuergerät bekannt und das Steuergerät wird, um eine bestimmte Funktion zu erreichen, trotz des Vertauschens der Aktoren den korrekten Aktor zum Erreichen der gewünschten Funktion ansteuern. Mit der Erfindung wird mithin eine automatisch ablaufende Kodierung und Identifizierung aller Steuerventile und gegebenenfalls auch Sensoren am Ausbauschild bewirkt und erreicht und das Steuergerät kann jeden Aktor demjenigen Steuerventil, vor dem es montiert ist, zuordnen.
In bevorzugter Ausgestaltung umfassen die Leseeinheiten ein Sendemodul und ein Empfangsmodul und/oder sind zum Senden und Empfangen ausgebildet. Bei dem Informationselement handelt es sich vorzugsweise um einen Transmitter oder Transponder, insbesondere um einen Mikrochip oder einen Transponderchip mit integriertem EEPROM. Bei der insbesondere bevorzugten Ausführungsform wird das Informationselement induktiv und kontaktlos ausgelesen und die Leseeinheiten sind zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen ausgebildet. Weiter vorzugsweise kann der Transmitter oder Transponder bzw. der zugehörige Mikrochip oder Transponderchip mit einer integrierten Empfangsspule versehen sein und das Sendemodul und/oder das Empfangsmodul sind als Spule ausgebildet. Die Leseeinheit ist vorzugsweise mit einer Elektronikschaltung gekoppelt, die einen Mikrokontroller umfassen kann. Besonders günstig ist, wenn die Elektronikschaltung eine Ansteuerelektronik und Auswerteelektronik für die Leseeinheit umfasst und wenn mit dem Mikrokontroller auch Funktionen am Aktor ansteuerbar sind.
Die Leseeinheit kann am Gehäuse angebracht, angeschraubt oder angeklebt sein. In bevorzugter Ausgestaltung ist sie in Vergußmasse eingegossen und/oder in eine Aufnahmeaussparung im oder am Gehäuse eingesetzt. Das Informationselement kann am Meßort oder am Bauteil für jede ansteuerbare Funktion angebracht, angeschraubt oder angeklebt sein. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Informationselement in eine Aufnahmeaussparung im hydraulischen Bauteil eingesetzt und mit Vergußmasse eingegossen. Wie weiter oben bereits erläutert, handelt es sich vorzugsweise bei dem hydraulischen Bauteil um eine Ventilleiste oder einen Ventilblock mit mehreren Aufnahmebohrungen für hydraulische Schaltventile und jeder Aufnahmebohrung ist ein Informationselement zugeordnet, auf dem Informationen gespeichert sind, die eine eindeutige Unterscheidung des Informationselementes von allen anderen Informationselementen ermöglichen. Bei dem Datenübertragungssystem handelt es sich vorzugsweise um einen BUS, insbesondere um einen CAN-BUS.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von schematisch in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch die Erfindung in einem Schaltbild für einen elektrohydraulischen Ventilblock;
2 schematisch ein Ausführungsbeispiel mit eingegossenem Transponder und eingegossener Leseeinheit; und
3 schematisch die Komponenten eines Aktormoduls mit Piezoelement und Leseneinheit sowie Transponder am Ventilblock.
In dem Blockschaltbild nach 1 ist schematisch ein elektrohydraulisches Steuerungssystem eines weiter nicht dargestellten Ausbausschildes für den untertägigen Schreitausbau dargestellt. Das elektrohydraulische Steuerungssystem umfaßt einen hydraulischen Ventilblock 1, der mit hier insgesamt acht Steuerventilen 2 bestückt ist, die jeweils in zugehörigen Aufnahmebohrungen sitzen und mit denen unterschiedliche Funktionen am Ausbauschild wie z. B. Ausfahren einer Kappe des Schildes, Setzen oder Rauben des Schildes, Rücken des Förderers oder Schildes u. dgl. ausgelöst werden können. Die einzelnen Steuerventile 2 sind untereinander gleich ausgebildet und gruppenweise, hier nebeneinander, in dem Ventilblock 1 angeordnet. Die Hydraulikseite ist nicht dargestellt. Jedem Steuerventil 2 ist ein Aktor 3 zugeordnet, der z. B. außen am Ventilblock 1 angeordnet ist und mit diesem verschraubt wird. Jeder Aktor 3 umfaßt ein Gehäuse 4, in welchem ein nicht dargestellter Elektromagnet oder ein Piezoelement einschließlich der zugehörigen. Komponenten zum Auslösen einer Schaltbewegung des Steuerventils angeordnet sind. Die einzelnen Aktoren 3 für jedes Steuerventil 2 sind untereinander identisch ausgebildet und alle Aktoren 3 sind über den BUS 5 mit einem elektronischen Steuergerät 6 sowie einer weiter nicht dargestellten Stromversorgung, vorzugsweise einer eigensicheren Gleichstromquelle, verbunden. Ferner sind am BUS 5, bei welchem es sich beispielsweise um einen CAN-BUS handeln kann, noch zwei Sensoren 7, 8 angeschlossen, deren Meßsignale über den BUS 5 an das Steuergerät 6 übertragen werden können. Mit den Sensoren 7, 8 können die hydraulischen Zustände an den beiden schematisch dargestellten hydraulischen Hubstempeln 9, 11 gemessen werden. Der bis hier beschriebene Aufbau der elektrohydraulischen Ausbausteuerung ist im Prinzip aus dem Stand der Technik bekannt.
Erfindungsgemäß ist nun jedem Steuerventil 2 im Ventilblock 1 ein Informationselement 12 zugeordnet, wobei sich die einzelnen Informationselemente 12 hinsichtlich der gespeicherten Informationen voneinander unterscheiden. Auf jedem Informationselement 12 ist eine Information gespeichert, die eine eindeutige Identifizierung des Informationselementes 12 durch das Steuergerät 6 ermöglicht. Im Datenspeicher des Steuergerätes 6 ist hierbei hinterlegt, welches Informationselement 12 welcher Position am Ventilblock 1 entspricht und mithin welche Funktion am Schild angesteuert wird, wenn das jeweils zugehörige Steuerventil 2 betätigt wird. Die Informationen auf den Informationselementen 12 sind induktiv und kontaktlos auslesbar. Hierzu ist im Gehäuse 4 jeden Aktors 3 jeweils eine Leseeinheit 20 angeordnet, die eine Spule zum Erzeugen eines magnetischen Feldes und zum induktiven Auslesen der Informationen auf dem Informationselement 12 umfasst. Durch das Auslesen der Information und Übertragen dieser Information über den BUS 5 an das Steuergerät 6 ist diesem bekannt, welcher Aktor 3 momentan welchem Steuerventil 2 zugeordnet ist und ob der Aktor 3 vorhanden ist.
Auch den beiden Meßstellen für die Sensoren 7,8 an den Zylindern 9, 11 ist jeweils ein Informationselement 13 zugeordnet, welche mit einer zugehörigen Leseeinheit 30, die jeweils am Gehäuse 14 der Sensoren 7, 8 befestigt ist, auslesbar sind. Damit ist dem Steuergerät 6 auch bekannt, von welchem Meßort die Meßsignale stammen, die von den Sensoren 7 bzw. 8 übertragen werden.
2 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Ventilblock 1 mit einer Aufnahmeaussparung 15, in die ein Transponder 21 als Informationselement eingesetzt und in Vergußmasse 22 eingegossen ist. Hierdurch ist der Transponder 21 gegenüber den Staub- und Feuchtigkeitsbelastungen im untertägigen Bergbau geschützt. Der Transponder ist mit einem Lesespeicher (EEPROM) versehen. Im schematisch angedeuteten Gehäuse 4 eines Aktors 3 ist eine insgesamt mit 20 bezeichnete Leseeinheit angeordnet, die ebenfalls in Vergußmasse 21 eingegossen ist. Die Leseeinheit 20 weist eine Spule 22 auf, die derart im Gehäuse 4 angeordnet ist, daß sie im Montagezustand des Aktors 3 am Ventilblock 1 der Aufnahmeaussparung 15 für den Transponder 16 möglichst unmittelbar gegenüberliegt. Die Spule 22 ist mit einer Elektronik 23 verbunden, die eine Ansteuer-Elektronik und eine Auswerte-Elektronik umfassen kann.
Mit Bezug auf 3 wird die Erfindung nochmals beispielhaft für einen piezoelektrischen Aktor erörtert. Gleiche Bauteile wie bei den vorherigen Beispielen sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Ventilblock 1 ist ein hydraulisches Steuerventil 2 angeordnet, welches mit dem Aktor 3 angesteuert wird. In einer Aufnahmeaussparung 15 des Ventilblocks 1 ist ein induktiv auslesbarer Transponder 16 angeordnet und in Vergussmasse eingegossen. Im Gehäuse 4 des Aktors 3 ist in einer Position, die dem Transponder 16 gegenüberliegt, die Spule 22 einer Leseeinheit 20 angeordnet, mit der die Informationen auf dem Transponder 16 induktiv ausgelesen werden können. Im Aktorgehäuse 4 sind desweiteren ein Mikrokontroller 24, eine Stromversorgung 25 und eine Digitalschnittstelle 26, z. B. RS 485, angeordnet. Die Stromversorgung 25 im Gehäuse 4 wird über den hier nicht gezeigten BUS, der an die Steckermodule 28 angeschlossen wird, mit elektrischer Energie versorgt, wie mit Pfeil 27 angedeutet. Über die digitale Schnittstelle 26 und den BUS können die Steuersignale des hier nicht gezeigten Steuergerätes an den Mikrokontroller 24 im Gehäuse 4 übertragen und die Informationen des Mikrokontrollers 24 an das Steuergerät zurückübertragen werden. Der Mikrokontroller 24 schaltet die Leseeinheit 20 zum Auslesen der Informationen auf dem Transponder 16 und die elektromagnetisch ausgelesenen Informationen werden dem Mikrokontroller 24 übermittelt, wie mit Pfeil 31 angedeutet. Der Mikrokontroller 24 steuert zugleich einen Piezoverstärker 40, über den eine Piezokeramik 41 zum Schalten des Steuerventils 2 angesteuert werden kann. Zwischen der Piezokeramik 41 und dem Steuerventil 2 ist eine schematisch angedeutete Wegübersetzung 42 angeordnet, um einen ausreichenden Hub mit der Piezokeramik 41 zu erreichen.
Für den Fachmann ergeben sich zahlreiche Modifikationen, die in den Schutzbereich der Ansprüche fallen sollen. In einem Gehäuse können auch mehrere Aktoren mit zugehöriger Leseeinheit angeordnet sein. Mit den Sensoren können auch Wege oder Positionen gemessen werden. Die Transponder können in Intervallen, nach jedem Neustart des Systems, nach jedem Wechsel eines Aktors, durch einen manuellen Steuerbefehl und dgl. ausgelesen werden.

Claims

Anordnung aus einem hydraulischen Bauteil für den untertägigen Bergbau, insbesondere für den untertägigen Schreitausbau, sowie Aktoren und/oder Sensoren, die ein Gehäuse aufweisen und über ein Datenübertragungssystem an ein Steuergerät anschließbar oder angeschlossen sind, wobei mit jedem Aktor eine Funktion am hydraulischen Bauteil auslösbar und/oder mit jedem Sensor ein hydraulischer Zustand an einer Meßstelle des hydraulischen Bauteils oder eine andere Meßgröße am Schreitausbau meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Aktor (3) und/oder Sensor (7, 8) im zugehörigen Gehäuse (4) eine Leseeinheit (20; 30) zugeordnet ist und dem hydraulischen Bauteil (1) für jede Funktion oder jede Meßstelle ein Informationselement (12; 13) zugeordnet ist, dessen Information mit der Leseeinheit (20; 30) auslesbar und an das Steuergerät (6) übertragbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinheiten (20; 30) ein Sendemodul und ein Empfangsmodul umfassen und/oder zum Senden und Empfangen ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationselement (12; 13) ein Transmitter oder Transponder ist, vorzugsweise ein Mikrochip oder ein Transponderchip mit integriertem EEPROM ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinheiten (20; 30) zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transmitter oder Transponder (12; 13) induktiv auslesbar ist und/oder mit einer integrierten Empfangsspule versehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendemodul und/oder das Empfangsmodul eine Spule (22) umfaßt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinheit (20) mit einer Elektronikschaltung (23) gekoppelt ist, die vorzugsweise einen Mikrokontroller und/oder eine Auswerteelektronik und eine Ansteuerelektronik umfaßt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinheit (20) am Gehäuse (4) angebracht, angeschraubt oder angeklebt ist und/oder vorzugsweise in Vergußmasse (21) eingegossen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationselement (16) am Meßort oder am Bauteil (1) für jede ansteuerbare Funktion angebracht, angeschraubt, eingeklebt oder vorzugsweise in einer Aufnahmeaussparung (15) im Bauteil (1) eingesetzt und in Vergußmasse (17) eingegossen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Bauteil ein Ventilblock (1) mit mehreren Aufnahmebohrungen für hydraulische Steuerventile (2) ist und jeder Aufnahmebohrung bzw. jedem Steuerventil (2) ein Informationselement (12) zugeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Datenübertragungssystem ein BUS (5), insbesondere ein CAN-BUS ist und/oder daß das Steuergerät und/oder die Aktoren eine digitale Schnittstelle (24) aufweisen.