-
Die Erfindung betrifft eine Wegmeßeinrichtung gemäß dem
-
Oberbegriff des Anspruches 1, die vorzugsweise für rückende und/oder
schreitende Ausrüstungen geeignet ist.
-
Solche Einrichtungen sind im Untertagebergbau wegen der schwierigen
Arbeitsbedingungen erforderlich, wenn die unmittelbare Beobachtung der jeweiligen
Ausrüstung nicht möglich oder aus Rationalisierungsgründen nicht zweckmäßig ist.
Die Messung kann einzeln Arbeitszylinder, z.B. die an den Antrieben von Gewinnungsmaschinen
oder Förderern angeordneten Rückzylinder überwachen, um deren ordnungsgemäße Lage
und Stellung festzustellen. In der Regel sind sind die Meßeinrichtungen aber Teil
einer umfassenderen Steuerung oder Regelung, die schließlich eine ganze Strebausrüstung,
vorzugsweise von niedrigen Flözen umfaßt und darauf abzielt, den Streb mannlos zu
führen. Die Meßeinrichtung zielt im Prinzip darauf ab, die Länge des jeweils vom
Schubkolben durchmessenen Weges zu bestimmen und in ein entsprechendes Signal zu
übersetzen, mit dem sich an einer vorgegebenen Stelle des Strebes z.B. das Vorschieben
des Strebfördermittels den Abtaustoß und/oder das Rücken eines Strebbaues, z.B.an
eines Ausbauschildes ansteuern läßt. Wenn es sich um eine weitgehend selbsttätige
Steuerung bzw. Regelung handelt, müssen solche elektrischen Uberwachungssysteme
den besonderen Einsatzbedingungen unter Tage angepaßt werden.
-
Darunter ist mindestens eine geschützte Unterbringung ihrer empfindlichen
Organe bzw. Baugruppen zu verstehen, die zerstörerische Einwirkungen von außen ausschließt.
Jedoch müssen darüberhinaus noch andere Forderungen erfüllbar sein, wie etwa die
nach Eigensicherheit in schlagwettergefährdeten Betrieben, wenn es sich um elektrische
Meßeinr-ichtungen handelt.
-
Die Erfindung geht aus von einem vorbekannten elektrischen System
(DE-AS 12 26 515), dessen Baugruppen im Arbeitszylinder untergebracht sind und deswegen
die Gewähr dafilr bieten, daß sie unter den ungünstigen Umständen des Untertagebetriebes
weder beschädigt, noch in ihrer Funktion beeinträchtigt werden können.
-
Hierbei bestehen die Geber insbesondere aus einzelnen, jeweils mit
einem Schalter abgesicherten Potentiometerkreisen. Diese Teile sind in einem gegen
das Druckmittel abgedichteten Raum des Arbeitszylinders bzw. der Stange des Schubkolbens
untergebracht. Ihre Schalter werden von einem mit dem Schubkolben beweglichen Magneten
betätigt.
-
Bedenkt man jedoch die Länge der Einsatzzeiten solcher Geräte und
die erheblichen Arbeitsdrücke, die in den Rückzylindern für Strebförderer beispielsweise
bei 150 bar und bei den Rückzylinder von Ausbauschilden sogar bei ca. 300 bar liegen,
so ergeben sich bereits bei der notwendigen Abdichtung des Raumes, in dem die Geber
untergebracht sind, große Probleme, den Zeitverschleiß auszuschalten. Auch wenn
die beschriebenen Magnete berührungslos arbeiten, so sind sie doch in der Regel
Schleifkontakte und unterliegen deshalb ebenfalls einem erheblichen Dauerverschleiß.
Außerdem ist die Messung des Kolbenweges über Potentiometer elektrisch bei der Einhaltung
eigensicherer Ströme nicht unproblematisch.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen
Meßeinrichtung verschleiß frei zu betätigende Geber so anzuordnen, daß deren elektronisch
ausgebildete Meßkreise außerhalb der Einwirkungsmöglichkeit des Druckmittels liegen.
-
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche
gelöst.
-
Erfindungsgemäß benutzt die den Druckanstieg vor- bzw. hinter dem
Schubkolben in Abhängigkeit von der beaufschlagten Kolbenring- bzw. Kolbenstirnfläche
an aus gewählten Stellen des Arbeitszylinders verwendete Wegmeßeinrichtung gemäß
der Erfindung die hierbei auftretenden Impulse nach ihrer zeitlichen Reihenfolge
und ihrer logischen Aufeinanderfolge um die Wegeinrichtung und die Weglänge zu bestimmen.
Eine solche Wegmeßeinrichtung wird vorzugsweise elektronisch ausgewertet. Es arbeitet
auch praktisch verschleißfrei und mit beliebiger Genauigkeit. Diese hängt von der
Anzahl der vom Schubkolben überfahrenen Druckmittel ab, die den Wandler zugeordnet
sind, ist in der Regel jedoch schon bei einem Abstand von - 10 cm hinreichend.
-
Konstruktiv können die Steuerkanäle im Arbeitszylinder selbst ausgebildet
und zu einer robusten Einheit integriert werden.
-
Eine solche Wegmeßeinrichtung ist sowohl für horizontale als auch
für vertikale Bewegungsvorgänge einsatzfähig.
-
Werden mehrere elektrische Überwachungssysteme zentral ausgewertet,
so können mit ihnenstrebstellungsanzeigen und Abbaufortschrittsmessungen verwirklicht
werden.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines AusfUhrungsbeispieles
näher erläutert; es zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung das Meßprinzip gemäß
der Erfindung, Fig. 2 in vergrößertem Maßstab und abgebrochener Darstellung und
teilweise schematisch einen Rück-Schreit-
Gemäß der Darstellung
der Fig. 1 sind an der Rückseite eines Strebfördermittels 1 mehrere hydraulische
Arbeitszylinder bei 2 angelenkt, von denen einer allgemein mit 3 bezeichnet und
in der oberen Darstellung der Fig. 1 schematisch wiedergegeben ist. Der Zylinderkörper
4 ist an seinen beiden Enden mit einem Deckel 5 bzw. 6 verschlossen. Durch den Deckel
5 bzw. hinter dem Deckel 6 mündet je eine Druckmittelleitung 7 bzw. 8, welche ein
hydraulisches Arbeitsmittel führt. Die Druckmittelleitung 7 ist mit verhältnismäßig
hohem Druck beaufschlagt, der etwa bei 300 bar liegt und die Ringfläche 9 des Schubkolbens
10 beaufschlagt. Die Leitung 8 führt dagegen einen geringeren Druck von beispielsweise
ca. 150 bar, mit dem die Kolbenfläche 11 beaufschlagt werden kann.
-
Während der Arbeitszylinder 3 im Bereich seines Deckels 6, wie bei
2 dargestellt, an dem Strebförderer 1 angelenkt ist, ist er im Bereich seines hinteren
Deckels 5, wie bei 12 schematisch angedeutet, an einen Ausbauschild angelenkt.
-
Das in der Mitte der Darstellung der Fig. 1 wiedergegebene Diagramm
zeigt den Druckverlauf beim Rücken des Fördermittels. Dementsprechend ist auf der
Ordinate der Weg des Schubkolbens im Zylinder angegeben, der allerdings relativ
ist. Denn beim Rücken des Strebförderers 1 ist der bei 12 angeschlossene Ausbauschild
verspannt, um als Widerlager zu dienen, so daß sich der Zylinder 4 gegenüber dem
Schubkolben 10 bewegt (Zylinderweg). Auf der Abszisse des
Diagramms
ist dagegen der Druck der Leitung 8 abgetragen, weil mit dem relativ niedrigeren
Druck die Kolbenfläche 11 beaufschlagt ist und dieser Druck zum Rücken des Strebförderers
ausreicht. Der Druckverlauf ist in dem mittleren, ebenso wie in dem unteren Diagramm
idealisiert wiedergegeben.
-
Das untere Diagramm gibt dagegen den Druckverlauf beim Schreiten wieder.
Hierbei bewegt sich der Schubkolben im Arbeitszylinder 4 unter dem Einfluß der Beaufschlagung
seiner Kolbenringfläche 9 in Richtung auf den Zylinderdeckel 6, wobei der Strebförderer
1 als Widerlager dient.
-
Der bei 12 angelenkte Ausbauschild ist dann entlastet, wobei in der
Regel die benachbarten Ausbauschilde verspannt bleiben.
-
Längs des Kolbenweges sind gemäß der vereinfachten Darstellung der
Fig. 1 vier Druckmittelkanäle 14-18 auf der von der Vorder- und Hinterkante 19,
20 des Schubkolbens 10 überfahrenen Länge a des Arbeitszylinders4 hintereinander
und in gleichmäßigen Abständen in der Wand des Zylinders angebracht. Die Anordnung
erfolgt so, daß die Mündungen 22 -26 der Druckmittelkanäle 14-18 eine Verbindung
zu dem Druckraum des Arbeitszylinders herstellen, jedoch von dem Schubkolben 10
überfahren werden können, was deutlicher aus Fig. 2 hervorgeht.
-
In den Druckmittelkanälen 14-18 sitzen als Geber des elektrischen
Überwachungssystemes Druckwandler, die z.B.
-
Schalter sein können, welche bei einer bestimmten Druckhöhe schließen
und dadurch ein elektrisches Signal abgeben.
-
Die Wandler sind bei 27-31 dargestellt und liefern bei einem entsprechenden
Druckanstieg einen der bei 32 und 33
wiedergegebenen Rechteckimpulse.
-
Wenn die Leitung 7 zum Schreiten des Ausbaus (unteres Diagramm) beaufschlagt
rd, ist die Leitung 8 auf den Rücklaufdruck P0 gestellt. In der Leitung 7 herrscht
dann der Druck Psetz als Arbeitsdruck. Infolgedessen bewegt sich der Schubkolben
10 nach links in der Darstellung der Fig. 1, sobald das ihm zugeordnete Ausbauschild
gelöst worden ist. Dabei überfährt der Schubkolben zunächst die Mündung 26 des Kanales
18 und löst dort einen Druckanstieg aus, der schematisch in dem anderen Diagramm
bei 34 dargestellt ist. Infolgedessen gibt der Wandler das Rechtecksignal bei 33
ab, das in die elektrische Auswertung gelangt. Sobald der Schubkolben 10 auch die
Mündung 25 des Druckmittelkanals 17 überfährt, löst der Wandler 30 ebenfalls einen
Rechteckimpuls aus. Das setzt sich fort, bis der Kolben seine links in der oberen
Darstellung der Fig. 1 wiedergegebene Endstellung erreicht hat, wonach sämtliche
Wandler bei ordnungsgemäßem Betrieb ihre Impulse abgegeben und der elektrischen
Auswertung 36 zugeführt haben. Der Druck bewegt sich hierbei, läßt man die unterschiedlichen
dynamischen Drücke, die sich über den Kolbenweg längs der Linie 37 im Diagramm einstellen,
beiseite, so fällt der Druck längs der Linie 38-wieder auf den unteren Wert ab.
Da der Kolben bzw. Zylinder unter normalen Umständen eine bestimmte Geschwindigkeit
längs des Weges erreicht, lassen sich entsprechend der Darstellung der Fig. 1 jedem
Druckmittelkanal 14-17 und damit jedem Wandler 27- 31 entsprechende Teilzeiten vorgeben.
-
Wenn der Förderer gerückt werden soll, stellt sich zunächst in den
Druckmittelkanälen 14-18 der Rücklaufdruck P0 ein. Das
hat zur Folge,
daß die Wandler kein slgnal abgeben. Andererseits stellt sich vor dem Kolben der
Druck Pr, d.h.
-
der hydraulische Druck ein, der zum Rücken des Fördermittels benötigt
wird. Da sich hierbei der Zylinder gegenüber dem Schubkolben 10 bewegt, überfährt
er wiederum, diesmal jedoch in umgekehrter Reihenfolge, die Druckmittelkanäle 14-18
und löst in den Wandlern 27-31 aufeinanderfolgende Rechteckimpulse aus. Der Druckanstieg
ist in dem mittleren Diagramm mit 40 bezeichnet, während die im wesentlichen eichbleibende
Druckhöhe während des Zylinderweges bei 41 wiedergegeben und der Druckabfall bei
42 dargestellt ist.
-
Gemäß der Fig. 3 werden die Impulse der Wandler 27-31 in einem Chip
43 aufgenommen und auf den Adern abgegeben, die mit 44-48 entsprechend den Druckmittelkanälen
14-18 bezeichnet sind. Infolgedessen ist jedem Wandler 27-31 eine Ader zugeordnet.
-
Wie die Fig. 2 zeigt, sind die Druckmittelkanäle 14-18 in der Wand
39 des Arbeitszylinders 3 untergebracht, während die Mündungen 22-26 von dem Kolbenhemd
57 überfahren werden, das gemäß der Ausführungsform bei 58, 59 gegen die Innenseite
60 der Wand 39 abgedichtet ist.
-
Die Auswertung der Signale von den beim Schreiten oder beim Rücken
vor bzw. hinter dem Schubkolben und an den Mündungen der jeweils überfahrenen Druckmittelkanäle
austretenden Drücke geschieht in der Schaltung eines Chip 43. Zunächst werden die
von den Wandlern in zeitlicher Reihenfolge abgegebenen Signale aufbereitet. Dazu
ist eine Grenzwertüberwachung 50 für jedes von einem bestimmten Wandlersignal vorgesehen.
-
Das ist durch eine schematisierte Wiedergabe der im Zusammenhang mit
der Darstellung der Fig. 1 erörterten Diagramme angedeutet. Dabei kann der jeweilige
Druckgrenzwert, bei dem der
betreffende Wandler ein Signal abgibt,
der gleiche wie bei den benachbarten Wandlern sein; es sind jedoch auch unterschiedliche,
z.B. für jeden Wandler gesondert gewählte Druckgrenzwerte denkbar. Druckgrenzwerte
berücksichtigen einerseits die unterschiedlichen Arbeitsdrücke für das Rücken und
das Schreiten. Andererseits liegen sie so niedrig, daß auch die gegenüber den statischen
Drücken geringeren dynamischen Drücke ein Wandlersignal auslösen, die jedoch scheinbare
Druckanstiege, z.B. vor dem Kolben, wenn hinter dem Kolben gemessen wird, nicht
zu einem Wandlersignal führen können.
-
Daran schließt sich eine Überprüfung der Mindestimpulsdauer an, die
bei 51 gezeichnet ist. Das ist durch die schematische Wiedergabe eines Rechteckimpulses
mit der Gesamtdauer t im Diagramm wiedergegeben. Diese Impulse werden in der Regel
für alle Wandler die gleiche Impulsdauer aufweisen. Dadurch wird verhindert, daß
kürzere oder längere Impulse weitergegeben werden, die bei Störungen im Arbeitsablauf
des betreffenden Schubkolbengetriebes auftreten können.
-
Bei 52 wird für jeden Impuls dessen zeitlicher Abstand t1-t5 jeweils
vom benachbarten Impuls bestimmt und überwacht. Werden die Zeiten unterschritten,
zeigt das eine Störung an, weil die Relativbewegung von Kolben und Arbeitszylinder
zu schnell abläuft. Das kann z.B. beim Bruch einer Verbindung zu einem Ausbauschild
der Fall sein. Wird die Zeitspanne nicht erreicht, so zeigt das z.B. einen erhöhten
Schreit- oder Rückwiderstand an, der durch eine Störung ausgelöst worden ist. Die
zeitlichen Abstände können gleich, aber auch unterschiedlich gewählt werden, was
u.a. vom gegenseitigen Abstand der Mündungen der Druckmittelkanäle 14-18 abhängig
ist.
-
In der Computerstufe 53 wird die jeweilige ImpuEfolge, z.B.
-
14, 15, 16 usw. oder 18, 17, 16 usw. mit einer Vorgabe verglichen,
die das Schreiten oder Rücken und damit die jeweilige Relativbewegung von Arbeitszylinder
und Schubkolben ausdrückt.
-
Dadurch ergibt sich die jeweils vorgegebene Wegrichtung. Bei 54 werden
die Impulse addiert, d.h. gezählt, so daß sich die Weglänge aus der Anzahl der in
der richtigen Richtung ausgelösten Impulse bei 55 ergibt. In der Speicherstufe 56
wird das jeweilige Ergebnis festgehalten und entsprechend einem vorgegebenen Programm
ausgewertet.
-
Die vorstehend beschriebene und in Fig. 3 wiedergegebene Computerstufe
der Meßeinrichtungfällt unter praktischen Bedingungen sehr klein aus. Sie kann hinter
dem hinteren Deckel des Arbeitszylinders angebracht werden.