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Meßvorrichtung für Meißelandruck--und-Schnittkraft
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Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung für die Schnittkraft und
die Andruckkraft bei auswechselbaren Kerbmeißel n von insbesondere Hobelanlagen
im untertätigen Steinkohlenbergbau.
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Derartige Meßvorrichtungen werden im untertägigen Steinkohlenbergbau
bei Hobelanlagen insbesondere eingesetzt, um den Betrieb der Hobelanlangen bzw.
die Beanspruchung ihrer Meißel überwachen zu können. Derartige Meßvorrichtungen
sind bisher nur in der Lage, vergleichende Messungen durchzuführen, aus denen dann
auf den Betriebseinsatz zurückgeschlossen werden muß. Die Messung der Schnittkraft
und der Andruckkraft ist sowohl generell für die Überwachung derartiger Hobelanlagen
von großer Wichtigkeit als auch um deren Arbeitsweise zu optimieren. Eine richtige
und vor allem kontinuierliche Aussage ist nur dann gegeben, wenn diese Werte während
des Betriebes ermittelt werden. Dabei sind allgemeine Gesichtspunkte zu berücksichtigen,
vor allem soll die Meißel geometrie nicht oder nur unwesentlich geändert werden,
das Meßsignal darf durch andere Kraftkomponenten nur unwesentlich beeinflußt werden
und vor allem muß gesichert sein, daß die gesamte Meßvorrichtung den rauhen Bedingungen
des Strebbetriebes genügt. Der Hobel selbst, dem eine derartige Meßvorrichtung zuzuordnen
ist, wird durch den Kohlenstoß so hindurchgezogen, daß er etwa eine Schicht von
6 bis 10 cm herausschält. Dabei muß er auch in der Kohle vorhandene harte Einschlüsse
und vor allem Gesteinsschichten mitschneiden. Hinzu kommt, daß
wegen
der Staubbelastung derartige Hobel häufig in feuchter~ Atmosphäre arbeiten müssen,
was ebenfalls die Wirkungsweise der Meßvorrichtung nicht beeinflussen darf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die Schnitt-und/oder
Andruckkräfte während des Betriebes messende Vorrichtung zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer der dem
Hobelkörper zugeordneten Kerbmeißel eine Bohrung aufweist, die etwa mittig des aus
der Meißel tasche herausragenden Meißel teils angeordnet ist und auf deren Innenwand
Doppelgitter-Dehnungsmeßstreifen positioniert sind, deren Meßgi tter zu einer Halbbrücke
zusammengeschaltet sind.
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Eine derartige Meßvorrichtung kann in vorteilhafter Weise dem am meisten
beanspruchten Kerbmeißel oder eben einem anderen ausgewählten Kerbmeißel zugeordnet
werden und ist auch bei vollem Betrieb wirksam, so daß genau die Werte gemessen
werden können, die für die Überwachung und Beurteilung der Arbeitsweise der Hobelanlage
bzw. deren Optimierung von Wichtigkeit sind. Selbstverständlich ist es auch möglich,
mehrere Kerbmeißel eines Hobelkörpers entsprechend auszurüsten, wobei durch die
Bohrung die Meißel geometrie nur unwesentlich beeinflußt wird. Andererseits aber
durch die geschaffenen Querschnitte sowohl die Andruckkräfte wie auch die Schnittkräfte
sicher zu ermitteln sind. Dabei werden die Schnlttkraftmessungen und die Andruckkraftmessungen
wahlweise mit einem derartigen Meß-Kerbme ißel vorgenommen. Dabei wird sich zunutze
gemacht, daß die durch die Reaktionskraft beim Schneiden von Kohle bzw. Gestein
an der Meißelspitze auftretende Melßelkraft im allgemeinen unter einem Winkel zur
Bewegungsrichtung angreift. Die Meißelkraft läßt sich in die Komponenten Andruck-
und Schnittkraft zerlegen. Die in Fahrtrichtung auftretende Schnittkraft muß von
den Hobelantrieben aufgebracht werden und ist mi tb es tim me nd für den
Energiebedarf
des Hobels. Die senkrecht zur Fahrtrichtung wirkende Andruckkraft muß durch die
Hobelführung aufgefangen werden und beeinflußt unter anderem den Verschleiß der
Anlagenteile. Durch die Bildung der Querschnitte im Bereich der Bohrung können die
auf die Meißel spitze in Andruckrichtung wirkenden Kräfte in die im oberen Querschnitt
zu messenden Zugspannungen und die im unteren Querschnitt zu messenden Druckspannungen
zerlegt und so mermi ttelt werden. Kräfte in Schnittkraftrichtung dagegen erzeugen
Druckspannungen im oberen Querschnitt und Zugspannungen im unteren Querschnitt.
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Sind beide Komponenten gleichzeitig vorhanden, so überlagern sich
die verursachenden Spannungen in den oberen und unteren Querschnitten, wo sie mittels
Dehnungsmeßstellen gemessen werden. Diese Dehnungsmeßstel len werden durch die beschriebenen
Doppelgitter-Dehnungsmeßstreifen gebildet, deren beide Meßgi tter zu bekannten Hal
bbrücken zusammengeschaltet sind.
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Nach einer Ausbildung der Erfindung sind die Doppelgitter-Dehnungsmeßstreifen
im Bereich der beidseitig der Bohrung gebildeten schmalsten Querschnitte angeordnet.
Damit sind genau die Stellen ausgewählt, wo die beschriebenen Spannungen am besten
und genauesten von den Dehnungsmeßstreifen aufgenommen werden können.
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Soll der Meßmeißel als Schnittkraftmesser arbeiten, so sind die Querschnitte
im Bereich der Bohrung so zu bemessen, daß die gemessenen Dehnungen bei reiner Andruck
kraft gleich groß sind und daß die beiden Halbbrücken zu einer Vollbrücke zusammengefaßt
sind. Dann haben die durch die Andruckkräfte verursachten Dehnungen keinen Einfluß
auf das Meßsignal.
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Durch die Zusammenfassung der beiden Halbbrücken zu einer Vollbrücke
ist auf einfache Art und Weise erreicht, daß die
an den Brückenpunkten
auftretenden Potentialänderungen ebenfalls gleich groß sind und von daher sich eliminieren.
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Die Schnittkraftkomponenten dagegen verursachen verschieden große
Spannungswerte in beiden Querschnitten, so daß eine Unterdrückung hier nicht erfolgt.
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Soll die Andruckkraft mit dem Meßmeißel bestimmt werden, so sind die
Querschnitte im Bereich der Bohrung so zu bemessen, daß die gemessenen Dehnungen
bei reinen Schnittkräften gleich groß sind und daß die beiden Halbbrücken zu einer
Vollbrücke zusammengefaßt sind. Damit ist in gleicher Weise wie bei der Messung
der Schnittkraftwerte hier erreicht, daß sich die gleich groBen Potentialänderungen
bezüglich der Schnittkräfte überlagern und damit eliminieren, während die And ruck
kr aftkompo nente verschieden große Spa nnun gswe rte in den beiden Querschnitten
erzeugt.
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Zum Schutz der Dehnungsmeßstreifen ist es zweckmäßig, die Bohrung
beidseitig durch Deckel zu verschließen. Dabei können die Deckel gegebenenfalls
durch einen Druckmechanismus oder ähnlichem so miteinander verbunden werden, daß
die Deckel ohne weiteres nicht abgehoben werden können bzw. abfallen. Auf diese
Weise ist ein einfacher Sicherheitsmechanismus erreicht.
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Um das Meßkahel vor Beschädigung durch losgelöst Gesteinsbrocken möglichst
zu schützen, ist die Bohrung durch eine Kabelbohrung mit dem Meißelrücken verbunden.
Vom MeiBelrücken kann das jeweilige Signal aus dem Meißel herausgeführt und einem
mobilen Meßverstärker im Streb bzw. am Hobel zugeführt werden. Da bei diesem Verfahren
nur begrenzte Hobelwege überwacht werden können, wird
das Bedienungspersonal
zweckmäßig durch eine Sollbruchstelle (lösbare Steckverbindung) im Meßkabel geschützt.
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Um die Meßvorrichtung auch bei größeren Hobelwegen sicher einsetzen
zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß auf dem Hobel ein Telemetriesender
angeordnet wird, der die gemessenen Werte zu einem Empfänger im Streb überträgt.
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Der technische Fortschritt ist insbesondere darin zu sehen, daß unter
besonderer Berücksichtigung der untertätigen Probleme eine Meßvorrichtung geschaffen
ist, die sowohl zur Ermittelung der Andruckkraft wie auch der Schnittkraft verwendet
werden kann, wobei diese Werte so sichtbar gemacht werden, daß sie unmittelbar von
der Bedi enungsmannschaft ausgewertet werden können. Darüber hinaus ist es auch
möglich, die Meßwerte entweder In einer Regi striereinrichtung zu speichern oder
aber über einen Telemetriesender vom Hobel zu einer Auswerteeinrichtung im Streb
und von dort aus nach über Tage zu führen. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche
Überwachung von Hobelanlagen bezüglich der Schnittkraft und der Andruckkraft gegeben.
Damit ist eine Optimierung der Arbeitsweise derartiger Hobelanlagen und damit Anpassung
an die jeweiligen sich ändernden Gegebenheiten möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Kerbmeißel mit Meßvorrichtung in Seitenansicht,
Figur 2 einen Schnitt durch den Kerbmeißel im Bereich der Bohrung mit Meßvorrichtung
Figur 3 eine Halbbrücke entsprechend Figur 2 und Figur 4 eine Vollbrücke beider
DMS.
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Bei dem in Figur 1 dargestellten Kerbmeißel 1 handelt es sich um einen
im Steinkohlenbergbau in Hobelanlagen üblicherweise eingesetzten Meißel, der in
der dem Hobelkörper zugeordneten Meißel tasche befestigt ist. Diese Befestigung
ist so gewählt, daß der Kerbmeißel bei Verschleiß seiner Meißelspitze 3 bzw. des
dort angeordneten Hartmetalls 4 ohne große Schwierigkeiten ausgewechselt werden
kann. Mit 5 ist der Meißel rücken und mit t 6 der aus der Meißeltasche herausragende
Meißel teil bezeichnet.
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In dem aus der Meißel tasche 2 herausragenden Meißel teil 6 ist etwa
mittig eine Bohrung 8 angebracht, auf deren Innenwand 9 die eigentliche Meßvorrichtung
angebracht ist. Durch die Anordnung der Bohrung 9 in diesem Bereich sind zwei verbleibende
Querschnitte 10, 11 gebildet, die je nach Beanspruchung der Meißel spitze 3 durch
die Schnittkräfte oder die Andruckkräfte auf Zug oder Druck beansprucht werden.
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Diese Beanspruchungen werden elektrisch ausgenutzt, indem die auf
der Innenwand 9 angeordneten Meßvorrichtungen diese Beanspruchungen in elektrische
Signale umwandeln. Die entsprechenden Signale werden dann durch ein durch die Kabel
-bohrung 12 verlegtes Kabel nach außen geführt und einem hier nicht dargestellten
Meßverstärker und/oder einer Registriereinrichtung zugeführt. Die Figur 2 erläutert,
wie die auf der Innenwand 9 angeordnete Meßvorrichtung geschützt ist, und zwar indem
die Bohrung 8 durch beidseitig angeordnete Deckel 14 geschlossen wird.
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Die Meßvorrichtung ist im dargestellten Beispiel ein Doppelgi tter-Dehnungsmeßstreifen
15, 15 , der aus einem aktiven Dehnungsmeßstreifen 16 und einem passiven Dehnungsmeßstreifen
17 besteht. Diese sind, wie Figur 3 erläutert, zu einer Halbbrücke 18 bzw. 19 zusammengeschaltet.
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Um gezielt die eine oder andere Komponente, d.h. die Schnittkraft
oder die Andruckkraft eliminieren zu können, sind die Halbbrücken 18, 19 nach Figur
4 zu einer Vollbrücke zusammengeschaltet, wobei von den Brücke npunkten 21, 22,
23, 24 bei Messung der Schnittkraft die an den Brückenpunkten 21, 23 auftretenden
Potentialänderungen gleich groß sind und sich von daher eliminieren.
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1 Kerbmeißel 2 Meißel tasche 3 Meißelspitze 4 Hartmetall 5 Meißel
rücken 6 aus 2 herausragendes Meißelteil 8 Bohrung 9 Innenwa nd 10 Querschnitt 11
Querschnitt 12 Kabel bohrung 14 Deckel 15 Doppelgitter-Dehnungsmeßstreifen 16 aktiver
DMS 17 passiver DMS 18 Halbbrücke 19 Halbbrücke 20 Voll brücke 21 Brücke npunkt
1 22 Brückenpunkt 2 23 Brücke npunkt 3 24 Brückenpunkt 4