DE2941747A1

DE2941747A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen messung der abstandsaenderungen von messpunkten

Info

Publication number: DE2941747A1
Application number: DE19792941747
Authority: DE
Inventors: Klaus 4650 Gelsenkirchen Detering; Fritz Dr.-Ing. 4320 Hattingen Schuermann
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1979-10-16
Filing date: 1979-10-16
Publication date: 1981-04-30
Also published as: DE2941747C2; GB2060899B; GB2060899A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Abstandsänderungen von Meßpunkten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Abstandsänderungen von Meßpunkten, insbesondere zur Ermittlung von Abbauwirkungen im Steinkohlenbergbau. Außerdem betrifft die Erfindung einen Weg-Meßgeber zur Durchführung des Verfahrens.

Aus den verschiedensten Gründen werden insbesondere im Steinkohlenbergbau die Abstände zwischen Meßpunkten gemessen. So können z.B. unter Berücksichtigung der Zeitkomponente durch die überprüfung der Abstände derartiger Meßpunkte Verformungen bzw. Verformungsgeschwindigkeiten des Gebirges ermittelt werden. Ähnliche V7egmessungen sind z.B. erwünscht, um die Lageänderung der Fördermittel in einfallenden Streben und Strecken zu überwachen. Dabei werden solche Messungen im allgemeinen

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mit Meßbändern oder mit Zollstöcken durchgeführt. Daher ist es notwendig, zur Durchführung derartiger Messungen die Meßpunkte unter Tage aufzusuchen, was in der Regel den Einsatz von mindestens zwei Personen erfordert. Da die Messungen in Abständen von wenigen Tagen wiederholt werden müssen, sind derartige Überprüfungen naturgemäß durch hohe Personalkosten belastet. Insbesondere dann, wenn mit Hilfe derartiger Messungen das Verformungsverhalten des Gebirges überprüft werden soll, ist die Durchführung der Messungen in kurzen Abständen notwendig, da ansonsten die aufgetretenen Querschnittsverluste der Grubenbaue nur mit hohem Arbeits-, Material- und Maschinenaufwand wieder beseitigt werden können.

Zur Einsparung von insbesondere Personalkosten ist daher versucht worden, mit Hilfe von Schreibern die Lageänderungen zwischen zwei Meßpunkten fortlaufend zu überwachen. Dabei sind die Schreiber zwischen den Meßpunkten installiert und zeichnen den der Lageänderung entsprechenden Weg kontinuierlich auf. Hierdurch ist zwar der Meßaufwand reduziert, zur Aufnahme und Auswertung der Meßwerte ist es jedoch nach wie vor erforderlich, daß die einzelnen Meßpunkte kontinuierlich von Personen begangen und überprüft werden.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Abbauwirkungen, insbesondere die Gebirgsverformungen, durch kontinuierliche Messung und Auswertung der Lageänderung von Meßpunkten zu überwachen. Außerdem soll ein Weg-Meßgeber geschaffen werden, der an die unter Tage vorhandenen Tonfrequenzen-Übertragungssysteme angeschlossen werden kann und der Abstandsänderungen verschiedener Größenordnungen verarbeitet.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die geradlinigen oder annähernd geradlinigen Verformungswege mechanisch in eine Kreisbahn umgelenkt, die dabei auftretenden Winkeländerungen zur Beeinflussung einer angelegten Spannung benutzt, in elektrische Meßwerte umgeformt und dann zu frequenzmodulierten Meßsignalen umgewandelt werden.

Ein derartiges Verfahren ermöglicht es, die Abstandsänderungen von Meßpunkten in solche Signale umzusetzen, die mit Hilfe der unter Tage bereits vorhandenen Tonfrequenz-Ubertragungssysteme an eine insbesondere über Tage gelegene Auswertungsstelle zu geben, wo sie kontinuierlich und zentral aufgezeichnet und ausgewertet werden können. Die Befahrung der einzelnen Meßpunkte erübrigt sich beziehungsweise beschränkt sich auf Fälle, wo aufgrund von Abnormitäten eine Begutachtung durch eine Aufsichtsperson unbedingt notwendig wird. Dadurch ist es möglich, Gebirgsverformungen, Lageänderungen von Förderern, das Auswandern der Gebirgsstöße und ähnliche Vorfälle bereits frühzeitig zu erkennen und durch sofort aufgenommene Be-

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kämpfungsmaßnahmen zu reduzieren oder gar ganz zu stoppen.

Zur Durchführung des neuen Verfahrens ist ein Weg-Meßgeber geschaffen worden, der zwischen den Meßpunkten angeordnet ist, die aufgetretenen Meßänderungen aufnimmt, wobei erfindungsgemäß ein vorgespannter Drehtrieb mit Seilzug vorgesehen ist, der mit einem Zahnrad auf einer gemeinsamen Achse angeordnet ist, das in einem weiteren Zahnrad kämmt, das ein Präzisions-Potentiometer antreibt, welches an einen Stromkreis angeschlossen ist, der über Fernspeisegeräte versorgt ist und in den ein Präzisions-Spannungsfrequenzwandler angeschlossen ist. Mit Hilfe eines derartigen Weg-Meßgebers werden die Abstandsänderungen von Meßpunkten auf einfache Art und Weise in Meßsignale übertragen, so daß ein solcher Meß-Wertgeber an die im Steinkohlenbergbau verwendeten Tonfrequenzübertragungssystene angeschlossen werden kann und andererseits für annähernd alle zu messenden Abstandsänderungen geeignet ist. Der gemessene Weg wird mittels des vorgespannten Drehtriebes an das Präzisions-Potentiometer weitergegeben, wo es in ein elektrisches Signal umgewandelt und dann auf die handelsüblichen Tonfrequenzübertragungssysteme übertragen wird. Durch die Wahl verschiedener Frequenzen kann auf diese Art und Weise eine große Anzahl von Weg-Meßgebern über eine und dieselbe Leitung mit der Auswertungsstelle über Tage verbunden werden, über Tage kann das demodulierte Meßsignal in Meßgeräten, wie z.B. Schreibern, Zeigerinstrumenten usw. sichtbar gemacht, registriert oder aber auch direkt in Rechenanlagen eingegeben und ausgewertet werden. Für die

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Messung selbst bzw. die Registrierung der gemessenen Werte ist es nicht nötig, daß derartige Weg-Meßgeber von Aufsichtspersonen aufgesucht werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Einzelteile des Weg-Meßgebers so in einem druckfesten Gehäuse untergebracht werden können, daß nicht nur eine genaue Aufnahme und übertragung der Meßwerte gewährleistet ist, sondern daß gleichzeitig auch durch Auswechslung von Einzelteilen

kontinuierlich und genau überwacht werden. Die mechanischen Teile, wie die Seiltrommel und die einzelnen Zahnräder sind ieioüt auswechselbar, so daß durch Wahl des Seiltroiraneldurchmessers bzw. des Übersetzungs- oder Untersetzungsverhältnisses sowie durch die Wahl des Potentiometers das Gerät auf die zu erwartenden Abstandsänderungen und Wege eingestellt werden kann. So bringt die Verwendung eines Drehpotentiometers mit bis zu 1O Umdrehungen einen wesentlich größeren Arbeitsbereich, als dies bei üblichen und bekannten Drehpotentiometern mit einem Arbeitsbereich von O bis 340 gon Arbeitsbereich gegeben ist. Die Auswechselbarkeit der einzelnen Teile ist dadurch gegeben, daß gemäß der Erfindung diese jeweils getrennt mit einer Anschlußplatte verbunden sind.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist dem Präzisions-Spannungsfrequenzwandler ein Oszillator und ein integrierter Schaltkreis zugeordnet, während über Transistoren Anpassungschwierigkeiten ausgeglichen werden.

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Weitere Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher erläutert.

Der technische Fortschritt der Erfindung ist darin begründet, daß nach Anbringung und Justierung des Weg-Meßgebers für den Resteinsatz eine Überwachung und Wartung nicht notwendig ist, so daß eine große Anzahl von Meßpunkten ohne laufenden Personaleinsatz überwacht und über Datenverarbeitungsanlagen ausgewertet werden kann.

Ein Ausführungsüeispiel der Erfindung ist. in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen: . _fc

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Weg-Meßgebers im Schnitt,

Fig. 2 ein Schaltbild des erfindungsgmäßen Weg-Meßgebers und

Fig. 3 ein Blockschaltbild für den Anschluß eines Weg-Meßgebers an Tonfrequenz-Übertragungssysteme.

In der Fig. 1 ist im Schnitt das Gehäuse 1 eines V7eg-Meßgebers gezeigt, das den untertägigen Anforderungen entsprechend druckfest ausgebildet ist. Im Inneren, d.h. an der Gehäuseinnenwand 2 sind die einzelnen Teile auf der

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Anschlußplatte 4 angeordnet.

Der allgemein mit 5 bezeichnete Drehtrieb besteht aus der auf der Achse 10 sitzenden Trommel 6 und dem Seilzug 7. Der Seilzug 7 wird durch Einführung 11 hindurchgeführt und ist über die Anschlußschlaufe 8 mit einem der-Meßpunkte zu verbinden. Der Drehtrieb 5 ist über die ineinander kämmenden Zahnräder 9, 14 mit einer Uhrwerksfeder 13 verbunden. Die mit dem Zahnrad 14 gemeinsam auf der Welle 12 sitzende Uhrwerksfeder 13 kann über den Vierkant 15 und die Spanneinrichtung 16, jeweils so vorgespannt werden, wie dies aufgrund der zu erwartenden und zu überwachenden Bewegungen notwendig ist.

Die Trommel 6 sowie die Zahnräder 9 und 18 sind so angeordnet, daß sie leicht ausgewechselt werden können. Dadurch ist es möglich, den Weg-Meßgeber den jeweiligen Bedingungen entsprechend umzurüsten, ohne daß dafür ein neues Gerät beschafft oder montiert werden muß.

Das Zahnrad 18, das mit dem Präzisions-Potentiometer 20 gemeinsam auf der Achse 19 sitzt, dient zur Verbindung mit dem Zahnrad 9. Durch Betätigung des Seilzuges 7 wird somit das Präzisions-Potentiometer, das als Drehpotentiometer ausgebildet ist, um einen bestimmten Winkelbetrag gedreht, wodurch ein elektrisches Signal ausgelöst wird. Hierzu steht das Präzisions-Potentiometer mit dem auf den mechanischen Teil aufgeschraubten elektrischen Teil in Verbindung.

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Der elektrische Teil ist in Fig. 2 mit Hilfe eines Schaltbildes näher erläutert, wobei der Stromkreis allgemein mit 23 bezeichnet ist. Die zum Betreiben des Meßgerätes notwendige Speisespannung wird - wie aus dem Blockschaltbild in Fig. 3 gezeigt - aus den üblichen Fernspeisegeräten entnommen. Die frequenzmodulierten Signale gehen auf dem gleichen Weg zurück und werden dabei vom Weg-Meßgeber 35, dem Tronfrequenzsender 36, dem Fernauskoppelgerät 37, dem Frequenz- bzw. Spannungswandler 38 direkt auf den

Das über den Drehtrieb 5 erzeugte und von dem Präzisions-Potentiometer 20 gewonnene Gleichspannungssignal von 1 bis 3 Volt wird auf den Eingang des Präzisions-Spannungsfrequenzwandlers 24 gegeben. Dieser Baustein enthält einen Oszillator, dessen Frequenz zwischen 500 und 1.000 Hertz liegt, über den integrierten Schaltkreis 26 werden die Frequenzen auf 5 bis 15 h umgeformt und stehen am Ausgang des Stromkreises bzw. Schaltkreises 15 zur Verfügung. Dieser Frequenzbereich eignet sich zur Verarbeitung in allen unter Tage üblichen Übertragungsanlagen. Möglichen Anpassungsschwierigkeiten wird mit den Transistoren 28, 29 entgegengewirkt, die einerseits vom Nullpotential gegen die positive Speisespannung und andererseits von der positiven Speisespannung gegen das Nullpotential schalten. Die zur Versorgung der Elektronik notwendige eigensichere Versorgungsspannung von + 10 V bis + 15 V wird innerhalb des Gerätes auf + 8 V mit Hilfe des IC-Gliedes 10 stabilisiert, so daß die Schaltung insgesamt unabhängig von äußeren Spannungsschwankungen ist.

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Claims

e-/ Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Abstandsänderungen von Meßpunkten Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Abstandsänderungen von Meßpunkten, insbesondere zur Ermittlung von Abbauwirkungen im Steinkohlenbergbau, dadurch gekennzeichnet, daß die geradlinigen oder annähernd geradlinigen Verformungswege mechanisch in eine Kreisbahn umgelenkt, die dabei auftretenden Winkeländerungen zur Beeinflussung einer angelegten Spannung benutzt, in elektrische Meßwerte umgeformt und dann zu frequenzmodulierten Meßsignalen umgewandelt werden.

2. Weg-Meßgeber zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, der zwischen den Meßpunkten angeordnet ist und

die aufgetretenen Meßwertänderungen aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgespannter Drehtrieb (5) mit Seil-

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zug (7) vorgesehen ist, der mit einem Zahnrad (9) auf einer gemeinsamen Achse (10) angeordnet ist, das in einem weiteren Zahnrad (18) kämmt, das ein Präzisionspotentiometer (20) antreibt, welches an einem Stromkreis (23) angeschlossen ist, der über Fernspeisegeräte versorgt ist und in den ein Präzisions-Spannungsfrequenzwandler (24) geschaltet ist.

3. Weg-Meßgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgespannte Drehtrieb (5) das Präzisions-Potentiometer (20)und der Präzisions-Spannungsfrequenzwandler (24) gemeinsam in einem druckfesten Gehäuse (1) untergebracht sind, das neben einer Kabeleinführung auch eine Einführung (11) für den Seilzug (7) aufweist.

4. Weg-Meßgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine außerhalb des Gehäuses (1) liegende Anschlußschlaufe (8) aufweisende Seilzug (7) auf eine Trommel (6) aufwickelt ist, auf deren Achse (10) das Zahnrad (9) sitzt, das in einem gemeinsam mit einer Uhrwerksfeder (13) auf einer Welle (12) sitzenden Zahnrad (14) kämmt.

5. Weg-Meßgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (6) und die Zahnräder (9, 14) mit der Uhrwerksfeder (13) einer Anschlußplatte (4) zugeordnet sind, die lösbar mit der Gehäuseinnenwand (2) verbunden ist.

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6. Weg-Meßgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Präzisions-Potentiometer (20) lösbar mit der Anschlußplatte (4) verbunden ist.

7. Weg-Meßgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis (23) hinter den einen Oszillator
enthaltenden Präzisions-Spannungsfrequenzwandler (24)
ein integrierter Schaltkreis (26) geschaltet ist.

8. Weg-Meßgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Signalausgang und integriertem Schaltkreis
(26) Transistoren (28, 29) geschaltet sind.

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