DE3114305C2

DE3114305C2 -

Info

Publication number: DE3114305C2
Application number: DE3114305A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Ing. 4250 Bottrop De Czauderna; Wilfried Ing.(Grad.) 4130 Moers De Wenzel
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1981-04-09
Filing date: 1981-04-09
Publication date: 1989-04-13
Also published as: DE3114305A1

Description

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 Arbeits zylinder, z. B. die an den Antrieben von Gewinnungs maschinen oder Förderern angeordneten Rückzylinder überwachen, um deren ordnungsgemäße Lage und Stellung festzustellen. In der Regel 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 an, die Länge des jeweils von Schub kolben 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 Abbaustoß 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 Überwachungssysteme den besonderen Einsatzbedingungen unter Tage angepaßt werden. Darunter ist mindestens eine geschützte Unter bringung ihrer empfindlichen Organe bzw. Baugruppe zu verstehen, die zerstörerische Einwirkungen von außen ausschließt. Jedoch müssen darüber hinaus noch andere Forderungen erfüllbar sein, wie etwa die nach Eigensicherheit in schlagwettergefährdeten Betrieben, wenn es sich um elektrische Meßeinrichtungen handelt.

Die Erfindung geht aus von einem vorbekannten elek trischen System (DE-AS 12 26 515), dessen Baugruppen im Arbeitszylinder untergebracht sind und deswegen die Gewähr dafür 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 Potentiometer kreisen. Diese Teile sind in einem gegen das Druck mittel abgedichteten Raum des Arbeitszylinders bzw. der Stange des Schubkolbens untergebracht. Ihre Schalter werden von einem mit dem Schubkolben beweglichen Ma gneten betätigt. Bedenkt man jedoch die Länge der Einsatzzeiten solcher Geräte und die erheblichen Arbeitsdrücke, die in den Rückzylindern für Streb förderer beispielsweise bei 150 bar und bei den Rück zylinder von Ausbauschildern 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 Schleifkon takte und unterliegen deshalb ebenfalls einem erheb lichen 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 verschleißfrei zu be tätigende Geber so anzuordnen, daß deren elektronisch ausgebildete Meßkreise außerhalb der Einwirkungsmög lichkeit des Druckmittels liegen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß benutzt die den Druckanstieg vor- bzw. hinter dem Schubkolben in Abhängigkeit von der beaufschlagten Kolbenring- bzw. Kolbenstirnfläche an ausgewählten Stellen des Arbeitszylinders er mittelnde Wegmeßeinrichtung gemäß der Erfindung die hierbei auftretenden Impulse nach ihrer zeit lichen Reihenfolge und ihrer logischen Aufeinander folge, um die Wegrichtung und die Weglänge zu be stimmen. Eine solche Wegmeßeinrichtung wird vorzugs weise elektronisch ausgewertet. Sie arbeitet auch praktisch verschleißfrei und mit beliebiger Genauig keit. Diese hängt vom Abstand der vom Schubkolben überfahrenen Mündungen der Druckmittelkanäle ab, denen die Wandler zugeordnet sind. Sie 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 hori zontale als auch für vertikale Bewegungsvorgänge einsatzfähig. Werden mehrere elektrische Überwa chungssysteme zentral ausgewertet, so können mit ihnen Strebstellungsanzeigen und Abbaufortschritts messungen verwirklicht werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung das Meßprinzip gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab und abgebrochener Darstellung und teilweise schematisch einen Rück-Schreit-Zylinder gemäß der Erfindung im Längsschnitt und

Fig. 3 schematisch die elektrische Auswertung für das erfindungsgemäße Überwachungssystem.

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 wieder gegeben 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 Fördermit tels. 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 Schub kolben 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 Strebför derers 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 Zylinder deckel 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 Darstel lung der Fig. 1 vier Druckmittelkanäle 14-18 auf der von der Vorder- und Hinterkante 19, 20 des Schubkolbens 10 überfah renen Länge a des Arbeitszylinders 4 hintereinander und in gleichmäßigen Abständen in der Wand des Zylinders ange bracht. Die Anordnung erfolgt so, daß die Mündungen 22-26 der Druckmittelkanäle 14-18 eine Verbindung zu dem Druck raum des Arbeitszylinders herstellen, jedoch von dem Schub kolben 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 Druck höhe 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 wird, ist die Leitung 8 auf den Rücklaufdruck P ₀ gestellt. In der Leitung 7 herrscht dann der Druck P _setz als Arbeitsdruck. Infolgedessen bewegt sich der Schubkolben 10 nach links in der Darstel lung der Fig. 1, sobald das ihm zugeordnete Ausbauschild gelöst worden ist. Dabei überfährt der Schubkolben zu nächst 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 Aus wertung 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 Dar stellung 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 P ₀ ein. Das hat zur Folge, daß die Wandler kein Signal abgeben. Ande rerseits stellt sich vor dem Kolben der Druck P _r, d. h. der hydraulische Druck ein, der zum Rücken des Fördermit tels 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 gleichbleibende 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 bezeich net 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 wer den, 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 Chips 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 Zusammen hang mit der Darstellung der Fig. 1 erörterten Diagramme ange deutet. 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 unter schiedliche, z. B. für jeden Wandler gesondert gewählte Druck grenzwerte 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 bezeichnet 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 t 1-t 5 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 ab läuft. Es 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 Druckmittel kanäle 14-18 abhängig ist.

In der Computerstufe 53 wird die jeweilige Impulsfolge, z. B. 14, 15, 16 usw. oder 18, 17, 16 usw. mit einer Vorgabe ver glichen, 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 Meßeinrichtung fällt unter praktischen Be dingungen sehr klein aus. Sie kann hinter dem hinteren Deckel des Arbeitszylinders angebracht werden.

Claims

1. Wegmeßeinrichtung für druckmittelbetätigte Arbeitszylinder des Untertagebetriebes mit Hilfe mehrerer in Abhängigkeit von der Stellung des Schubkolbens betätigter Geber und einer Schaltung zur Auswertung der Gebersignale, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Geber als Druckwandler (27-31) aus gebildet sind, die auf einen von der Kolbenbewegung unabhängigen Druck ein gestellt und
an Druckmittelkanäle (14-18) angeschlos sen sind, deren Mündungen (22-26) längs der von der Vorder- und Hinterkante (19, 20) des Schubkolbens (10) überfahre nen Länge (a) des Arbeitszylinders (3) angeordnet sind,
b) daß der Auswertung eine Grenzwertüber wachung vorgeschaltet ist, die Impulse, deren Zeitspanne oder zeitliche Abstände (t 1-t 5) eine vorbestimmte Zeitdauer über- oder unterschreitet, als Fehler unterdrückt,
c) die Auswertschaltung aus der Reihenfolge der Wandlersignale (32, 33) die Wegrich tung und aus einer Addition die Weg länge des Arbeitszylinders bzw. des Schubkolbens ermittelt.

2. Wegmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (27-31) auf einen unterhalb des kleinsten Arbeitsdruckes (pr) liegenden Druck eingestellt sind.

3. Wegmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelkanäle (14-18) zu den einzelnen Wandlern (27-31) durch die Wand (39) des Arbeitszylinders (3) verlaufen.