DE3643309C1 - Vorrichtung zur Ermittlung des Ringzahnverschleisses an Rollenbohrwerkzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Verschleißes an den Ringzähnen von Rollenbohrwerk­ zeugen, insbesondere an den Bohrköpfen von Vortriebsma­ schinen im Berg- und Tunnelbau.

Im untertägigen Berg- und Tunnelbau werden Vortriebsma­ schinen eingesetzt, deren Bohrköpfe mit Rollenbohrwerk­ zeugen ausgerüstet sind. Mit Hilfe dieser Rollenbohrwerk­ zeuge wird das Gestein durch hohe Andruckkräfte beansprucht und zerstört. Naturgemäß unterliegt damit der Ringzahn des Rollenbohrwerkzeuges einem starken Verschleiß. Be­ kannt sind Verfahren, mit deren Hilfe über das Überroll­ verhalten der Rollenbohrwerkzeuge sowie über die an den Rollenbohrwerkzeugen auftretenden Belastungen Aussagen möglich sind. Diese Aussagen lassen allerdings eine Be­ wertung des Ringzahns des Rollenbohrwerkzeuges nicht zu, was im Sinne einer Automatisierung eigentlich sehr vor­ teilhaft wäre. Vielmehr ist es nach wie vor notwendig, daß der Bohrkopf in regelmäßigen Abständen angehalten und auf den Zustand der einzelnen Rollenbohrwerkzeuge überprüft wird. Während des Betriebes kommt es dennoch immer wieder dazu, daß einzelne Rollenbohrwerkzeuge durch frühzeitige Abnutzung des Ringzahns ausfallen oder gar aufgrund des Andruckes beschädigt werden. Auch der Vor­ trieb der Vortriebsmaschine wird häufig dadurch behin­ dert, daß einzelne oder gar alle Rollenbohrwerkzeuge be­ reits einem so starken Verschleiß unterliegen, daß sie ihre volle Zerkleinerungsarbeit nicht mehr erbringen kön­ nen. Um dies zu vermeiden werden daher häufig Rollenbohr­ werkzeuge frühzeitig ausgetauscht, was wiederum hohe Ko­ sten verursacht und darüber hinaus den Betrieb erheblich belastet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, über die der jeweilige Zustand des Ringzahnes leicht ermittelt werden kann und die einen zeitgerechten Austausch der Rollenbohrwerkzeuge sicherstellt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den die Rollenbohrwerkzeuge aufnehmenden Haltern Nähe­ rungssensoren im vorgegebenen Abstand zur Außenfläche des Ringzahnes positioniert sind.

Näherungsschalter sind zwar grundsätzlich bekannt und werden als berührungs- und kontaktlos arbeitende Schalt­ elemente für die Erzeugung eines Steuersignales bereits seit längerer Zeit eingesetzt. Sie dienen für die verschie­ densten Aufgaben bei der Überwachung von Maschinen und arbeiten in der Regel so, daß durch die Annäherung eines Werkstückes oder eines bestimmten Teiles der zu überwa­ chenden Maschine und dessen Eindringen in das hochfre­ quente magnetische Feld des Näherungsschalters ein Sig­ nal ausgelöst wird, das dann den Schaltvorgang oder Zähl­ vorgang hervorruft. Dabei muß der vorgegebene Schaltab­ stand jeweils genau eingehalten werden. Die nach der er­ findungsgemäßen Lehre in den Haltern der Rollenbohrwerk­ zeuge angeordneten Näherungssensoren sind nun so angeord­ net und positioniert, daß sie den Zustand des Ringzahnes überprüfen und an eine Zentrale weitermelden können. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der oder die Näherungssensoren so ausgebildet sind, daß sie solange ein Signal geben, wie der Ringzahn sich jeweils in ih­ rem aktiven Feld befindet. Entzieht er sich diesem mag­ netischen Feld durch den entsprechend großen Verschleiß, so fällt das Signal aus und die Vortriebsmaschine wird beispielsweise automatisch stillgesetzt. Eine andere Mög­ lichkeit ist die, die Näherungssensoren so anzuordnen und ihren Schaltabstand so einzustellen, daß sie erst ein Signal geben, wenn der Ringzahn entsprechend weit abgenutzt ist. So kann auf zweckmäßige Art und Weise jeder oder auch jeweils eine Gruppe von Ringzähnen überwacht werden, um den Fahrer der Vortriebsmaschine rechtzeitig anzuzeigen, wenn einer oder eben eine Gruppe von Ringzähnen bzw. Rollenbohrwerkzeugen durch zu hohen Verschleiß ihre Arbeit nicht mehr vollständig erbringen. Die in den Haltern der Rollenbohrwerkzeuge angeordneten Näherungssensoren sind dabei so angeordnet, daß ihre aktive Schaltzone zu den Außenflächen des Ringzahnes verläuft, so daß kleinere Unebenheiten auf diesen Außenflächen den Überwachungsvorgang nicht beeinflussen können.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung sind in den Bockstandsflächen an dem Bohrkopf Näherungs­ sensoren im vorgegebenen Abstand zum Ringzahn positioniert. Dadurch wird jeweils die Spitze des Ringzahnes überwacht, dessen Verschleiß besonderen Einfluß auf die Leistung des Rollenbohrwerkzeuges hat. Ist hier ein Verschleiß vorhanden, ist in der Regel immer das Auswechseln des Rollenbohrwerkzeuges zweckmäßig und notwendig. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn mehrere Näherungssensoren vorgesehen und den Haltern und der Bockstandsfläche zuge­ ordnet sind, so daß der Ringzahn bzw. das Rollenbohrwerkzeug insgesamt überwacht werden kann. Darüber hinaus gibt eine solche Anordnung von Näherungssensoren die Möglichkeit, einen Vergleich mit einer Bezugskontur vorzunehmen und so durch Rechnerkopplung gezielte Aussagen über den Zu­ stand des Ringzahnes zu machen.

Um einen Fehlalarm zu vermeiden, der beispielsweise da­ durch auftritt, daß geringfügige Kerben oder ähnliches im Ringzahn vorhanden sind oder durch entsprechende Be­ anspruchung erzeugt werden, können jeweils zwei oder meh­ rere Näherungssensoren mit geringfügig unterschiedlichem Schaltabstand kombiniert im vorgegebenen Abstand zum Ring­ zahn angeordnet werden. Nur wenn diese Näherungssensoren ansprechen, erfolgt die entsprechende Anzeige, während bei Ansprechen eines dieser Näherungssensoren eine solche Warnung nicht erfolgt, weil dann davon ausgegangen werden kann, daß eine die Wirksamkeit des Rollenbohrwerkzeuges nicht beeinflussende Beschädigung oder Abnutzung vorliegt.

Für den vorgesehenen Einsatzbereich besonders gut geeig­ net sind Näherungssensoren, welche auf die magnetischen Eigenschaften der Ringzahnschneide reagieren. Derartige elektronische Befehlsgeber arbeiten nach dem induktiven Abtastprinzip. Denkbar ist aber auch der Einsatz aller Arten von Sensoren, welche eine Abstandsmessung zur Ring­ zahnfläche ermöglichen.

Eine weitere Möglichkeit, kleine Fehler und Brüche an den Ringzähnen zu eliminieren bzw. deren Anzeige zu ver­ meiden ist die, bei der erfindungsgemäß der Näherungs­ sensor eine variable Ansprechzeit aufweisend ausgebil­ det ist. Hier kann durch eine Vergrößerung der Ansprechzeit, die üblicherweise bei etwa 10 Millisekunden liegt erreicht werden, daß ein Ansprechen nur dann erfolgt bzw. eine Anzeige, wenn innerhalb der vorgegebenen Ansprechzeit keine Änderung eintritt, also ein entsprechend großer Schaden wirklich vorhanden ist.

Um eine gezielte Aussage über den Zustand eines Ringzah­ nes auch in qualitativer Hinsicht geben zu können, ist es zweckmäßig, mehrere Näherungssensoren gestaffelt oder mit gestaffeltem Schaltabstand vorzusehen. Durch Abfrage der verschiedenen Sensoren nacheinander kann so sehr ge­ nau der Zustand des Ringzahnes abgefragt und durch bei­ spielsweise Vergleich mit einer Bezugskontur festgestellt werden, wie weit der Verschleiß schon fortgeschritten ist.

Die Erfindung ist besonders durch die Vorteile gekenn­ zeichnet, eine im Verhältnis einfache und genaue Aussage über den jeweiligen Zustand des Ringzahnes zu ermögli­ chen, so daß frühzeitig über die Weiterverwendung oder den Austausch von Rollenbohrwerkzeugen oder Gruppen von Rollenbohrwerkzeugen entschieden werden kann. Es ist damit ausgeschlossen, daß über längere Zeiten ein bereits feh­ lerhaftes Rollenbohrwerkzeug im Einsatz bleibt, das dann entweder zerstört, schwer beschädigt oder die Zerkleine­ rungsarbeit behindert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rollenbohrwerkzeuges mit einem in der Bockstandsfläche angeordneten Näherungssensor,

Fig. 2 einen in den Halter integrierten Näherungssen­ sor, und

Fig. 3 einen schematisch dargestellten Näherungssensor in perspektivischer Darstellung.

Das auf einem Bohrkopf einer Vortriebsmaschine angeord­ nete Rollenbohrwerkzeug 1 ist in den Fig. 1 und 2 nur schematisch angedeutet. Das eigentliche Rollenbohrwerk­ zeug 1 ist in einem Halter 2 drehbar angeordnet, wobei die Halter 2 am eigentlichen Bohrkopf 3 befestigt sind. Mit 4 ist die Bockstandsfläche bezeichnet, in der nach Fig. 1 ein Näherungssensor 10 so angeordnet ist, daß der den Ringzahn 5 genau überwachen kann. Die Anordnung nach Fig. 1 und 2 zeigt einen, vorzugsweise die Spitze 7 des Ringzahnes 5 überwachenden Näherungssensor, wobei weitere Näherungssensoren auch zur Überwachung der gesamten Außen­ fläche 6 angeordnet werden können.

Die einzelnen Näherungssensoren 10 sind über eine Zulei­ tung 11 mit der Auswerteeinheit 14 verbunden, der sie ent­ sprechende Signale aufgeben. Bei diesem Signal handelt es sich entweder um ein Dauersignal, solange der Näherungs­ sensor 10 durch den Ringzahn 5 aktiviert wird oder aber um ein Signal, wenn der Verschleiß entsprechend hoch ist. Die einzelnen Näherungssensoren 10 können beispielsweise über ein Gewinde 12 verfügen und in eine entsprechende Bohrung entweder im Halter 2 oder der Bockstandsfläche 4 oder aber auch des Bohrkopfes 3 direkt eingedreht werden. Auf dem Gewinde sind Feststellschrauben 15, 16 verschieblich angeordnet, so daß eine genaue Fixierung des Näherungs­ sensors 10 gut möglich ist.

• Bezugszeichenliste  1 Rollenbohrwerkzeug
   2 Halter
   3 Bohrkopf
   4 Bockstandsfläche
   5 Ringzahn
   6 Außenfläche
   7 Spitze des Ringzahnes
  10 Näherungssensor
  11 Zuleitung
  12 Gewinde
  14 Auswerteeinheit
  15 Feststellschraube
  16 Feststellschraube

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Verschleißes an den Ringzähnen von Rollenbohrwerkzeugen, insbesondere an den Bohrköpfen von Vortriebsmaschinen im Berg- und Tunnelbau, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Rollenbohrwerkzeuge (1) aufnehmenden Halter (2) Näherungssensoren (10) im vorgegebenen Abstand zur Außenfläche (6) des Ringzahnes (5) positioniert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bockstandsflächen (4) an dem Bohrkopf (3) Näherungssensoren (10) im vorgegebenen Abstand zum Ringzahn (5) positioniert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Näherungssen­ soren (10) vorgesehen und den Haltern (2) und der Bockstandsfläche (4) zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Näherungssensoren (10) als induktive Näherungsschalter ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Näherungssensoren (10) so ausgebildet sind, daß sie den Abstand zur Außenflä­ che (6) des Ringzahnes (5) linear erfassen können.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Näherungssensoren (10) eine variable Ansprechzeit aufweisend ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Näherungssensoren (10) gestaffelt oder mit gestaffeltem Schaltabstand vor­ gesehen sind.