DE4107676A1

DE4107676A1 - Roller tunnelling tool monitoring axle load measurement - forms load independent of over-roll signal from strain gauges, recessed into axle at measurement point under rollers

Info

Publication number: DE4107676A1
Application number: DE4107676A
Authority: DE
Inventors: Rolf Boeing; Martin Meyer; Hermann Eschenbruch; Wolfgang Wagner; Wolfgang Dr Zwintscher; Walter Dr Brandt; Rolf Ruddies
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1991-03-09
Filing date: 1991-03-09
Publication date: 1992-09-10
Anticipated expiration: 2011-03-10
Also published as: DE4107676C2

Abstract

Two sets of strain gauges (9,10) are arranged in a blind hole (8) at a measurement point (3) in the axle (1) within the inner bearing ring (6) around which rollers (4,5) revolve. An overroll signal, indicating working, and an absolute measure of axle load are extracted separately and their quotient is calculated. The calculation provides a stable signal which can be easily identified. Photoelectric transmission between doides linked by an optical fibre in the roller holder may be used. USE/ADVANTAGE - For roller drill monitors, with precisely identifiable and unambiguous signals processed in appts. with simple cabling.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Rollenbohrwerkzeugen von Vortriebsmaschinen, ins besondere Vollschnittmaschinen im untertägigen Berg und Tunnelbau, wobei das Überrollsignal mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen ermittelt als Betriebsanzeige und die absolute Größe des Signals als Belastungsanzeige ermittelt und ausgewertet wird. Die Erfindung be trifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer zwischen Achse und Lagerring ausgebildeten Meßstelle mit Dehnungsmeßstreifen sowie einer Auswerteeinheit.The invention relates to a method for monitoring of roller drilling tools of tunneling machines, ins special full cut machines in the underground mountain and tunneling, the rollover signal using Strain gauges determined as an operating display and the absolute size of the signal as a load indicator is determined and evaluated. The invention be also meets a device for performing the Procedure with one between axis and bearing ring trained measuring point with strain gauges as well an evaluation unit.

Insbesondere im untertägigen Berg- und Tunnelbau wer den Teil- und Vollschnittmaschinen eingesetzt, die mit einer Vielzahl von Rollenbohrwerkzeugen ausgebil det sind. Die Lösearbeit wird über Schneid- und Wal zenrollen bewirkt, die auf oder an der sich drehenden Scheibe des Bohrkopf es bzw. an dem pinselförmigen Bohrkopf angeordnet sind. Diese Rollenbohrwerkzeuge zertrümmern das Gestein durch hohen Andruck, wozu die Maschine sich an entsprechenden Widerlagern abstützen muß. Ohne die an den Rollenbohrwerkzeugen auf treten den Belastungen sowie deren Abrollverhalten genau überwachen zu können, ist es bekannt (DE- PS 34 44 846), zugleich die anfallenden Belastungs größen als solche als auch das Abrollverhalten von Rollenbohrwerkzeugen in einem Signal zu überwachen, wobei dazu je Rollenbohrwerkzeug eine Meßstelle vor gesehen ist, der Dehnungsmeßstreifen zugeordnet sind, die an dem den Wälzrollen gegenüberliegenden Rand des Außen- oder Innenringes angeordnet sind. Über diesen Dehnungsmeßstreifen werden, wie erwähnt, sowohl die vorschubbedingte Spannungszunahme wie die auf treten den Tangentialspannungen erfaßt.Especially in underground mining and tunneling who the partial and full cut machines used trained with a variety of roller drilling tools det. The loosening work is done by cutting and whale Zen rolls causes that on or on the rotating Disk of the drill head it or on the brush-shaped Drill head are arranged. These roller boring tools crush the rock with high pressure, which is why Support the machine on appropriate abutments got to. Without stepping on the roller drilling tools the loads and their rolling behavior exactly it is known to be able to monitor (DE- PS 34 44 846), at the same time the resulting load sizes as such as the rolling behavior of Monitor roller drilling tools in one signal with one measuring point for each roller drilling tool seen to which strain gauges are assigned, the on the opposite edge of the roller Outer or inner ring are arranged. About this Strain gauges, as mentioned, are both feed-related voltage increase like that occur the tangential stresses.

Allerdings ist es unsicher, daß bei dynamischer Last das Überrollsignal jeweils einwandfrei erkannt werden kann. Außerdem kann nur das Grobmaß der Achslast er mittelt werden.However, it is uncertain that with dynamic load the rollover signal can be recognized correctly can. In addition, he can only the rough dimension of the axle load be averaged.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für die Überwachung der Rollenbohrwerkzeuge genauer zu identifizierende und bleibend eindeutige Signale zu erzeugen und auszuwerten.The invention is therefore based on the object for monitoring the roller boring tools more accurately identifying and permanently clear signals generate and evaluate.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Belastung, d. h. die Achslast unabhängig vom Überrollsignal gemessen und dann der Quotient aus Überrollsignal und Achslast gebildet wird.The object is achieved in that the load, d. H. the axle load regardless of Roll signal measured and then the quotient off Rollover signal and axle load is formed.

Erst durch das unabhängige Ermitteln von Überroll signal und Achslast ist ein einwandfreier Vergleich möglich und damit ein klares Signal zu erhalten. Da bei muß an der Achse gemessen werden, um auch bei dem hin und wieder auftretenden Verdrehen des Rollenla gers eine immer gleichmäßige Beanspruchungszone bzw. Meßzone vorzugeben.Only by independently determining rollover signal and axle load is a perfect comparison possible and thus to receive a clear signal. There at must be measured on the axis in order to also with the Occasional twisting of the roller roller always a uniform stress zone or To specify the measuring zone.

Vorteilhaft können auch Blockierungen erkannt werden, wenn ergänzend zum Überrollsignal oder statt dessen das Drehmoment, daß das Lager auf die Achse ausübt, ermittelt wird. Das Drehmoment, das das Lager auf die Achse ausübt, wird nämlich deutlich ansteigen, wenn die Rollen blockieren, wobei durch das erfindungs gemäße Verfahren Meßfehler ausgeschlossen werden, die durch Schwankungen auch bei unblockierten Rollen auf treten können, da auch hier der Quotient aus Drehmo ment und Last gebildet wird.Blockages can also advantageously be detected, if in addition to the rollover signal or instead the torque that the bearing exerts on the axle, is determined. The torque that the bearing on the Axis exercises, will increase significantly if block the roles, whereby by the fiction measuring errors are excluded according to due to fluctuations even with unblocked rolls can occur, as here also the quotient from torque ment and burden is formed.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der zwischen Achse und Lagerring die Meßstelle mit Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist und bei der eine Auswerteeinheit vorgesehen ist. Hierbei wird das erfindungsgemäße Verfahren besonders zweck mäßig durchführbar, indem mittig der Längsachse der Rollen eine Sackbohrung ausgebildet und mit zwei ver setzt zueinander angeordneten Dehnungsmeßstreifen gruppen ausgerüstet sind. Dabei liegt die Sackbohrung genau mittig der Längsachse der Rollen, so daß eine einwandfreie Belastungsanzeige möglich ist. Zweck mäßigerweise weist die Sackbohrung dabei einen der Rollenstärke entsprechenden Durchmesser auf. In der Bohrung sind zwei Dehnungsmeßstreifengruppen unterge bracht, die versetzt zueinander angebracht sind, so daß die unterschiedlichen Daten, d. h. Überrollsignal und Achslastsignal getrennt ermittelt werden können. Für das Überrollsignal sorgen die Dehnungsmeßstreifen ABCD, während die notwendige grobe Lastanzeige durch die Dehnungsmeßstreifen EFGH mit KKKK ermittelt wer den. Bei einer mittigen Rolle sind die Dehnungsmeß streifen BD hoch und die Dehnungsmeßstreifen AG wenig beansprucht, das Brückensignal z. B. also positiv. Bei Rollen über den Dehnungsmeßstreifen AC sind diese noch, die Dehnungsmeßstreifen BD dagegen wenig beansprucht, das Brückensignal ist hier negativ. Die Signalfrequenz gibt die Überrollfrequenz. Wegen der Lastdynamik wird sie unter Umständen darin unterge hen, was aber verhindert werden kann, indem auch hier durch das Lastsignal dividiert wird. Am besten wären Schermessungen an den Achsenden, möglich ist es aber auch, mit der Streifengruppe EFGH und KKKK ein grobes Lastsignal zu bilden. Hier werden die Summe EFGH mit den Ausgleichsstreifen H, die auch durch einen Fest widerstand ersetzt werden können, verglichen. Diese Summe pendelt vergleichsmäßig wenig beim Überrollen, macht aber die Lastdynamik voll mit.There is a device for carrying out the method provided in the between the axis and bearing ring Measuring point with strain gauges is arranged and in which an evaluation unit is provided. Here the method according to the invention is particularly useful moderately feasible by centering the longitudinal axis of the Roll formed a blind hole and with two ver sets mutually arranged strain gauges groups are equipped. The blind hole is located here exactly in the middle of the longitudinal axis of the rollers, so that a perfect debit advice is possible. Purpose moderately, the blind bore has one of the Diameter corresponding to the roll thickness. In the Bore are two strain gauge groups underneath brings that are staggered, so that the different data, i.e. H. Rollover signal and axle load signal can be determined separately. The strain gauges provide the rollover signal ABCD while through the necessary rough load indication the strain gauges EFGH with KKKK who determined the. With a central roll, the strain gauges are strip up BD and the strain gauges AG little claims the bridge signal z. B. positive. These are for rolls over the strain gauges AC still, the strain gauges BD, however, little claimed, the bridge signal is negative here. The Signal frequency gives the rollover frequency. Because of the Under certain circumstances, load dynamics are included in it hen, but what can be prevented by also here divided by the load signal. Would be best Shear measurements at the axle ends, but it is possible also, with the strip group EFGH and KKKK a rough one Form load signal. Here the sum EFGH with the compensation strip H, which is also by a feast resistance can be replaced compared. These Sum commutes comparatively little when rolling over, but fully accepts the load dynamics.

Die Verkabelung wird erfindungsgemäß dadurch wesent lich vereinfacht, daß die Sackbohrung im inneren La gerring ausgebildet ist und eine bis zur Achsbohrung durchgehende Ansatzbohrung aufweist.The wiring is thereby essential according to the invention Lich simplified that the blind hole in the inner La gerring is formed and one to the axis bore has continuous shoulder hole.

Zur Ermittlung des Drehmomentes, das das Lager auf die Achse ausübt, insbesondere dann, wenn die Rollen, blockieren, ist vorgesehen, an den Achsenden oben mit Scherrosetten ausgerüstete Sackbohrungen rechtwinklig zur Längsachse auszubilden. In diesen horizontalen bzw. rechtwinklig zur Längsachse angeordneten Sack bohrungen an den Achsenden kann, wie von Lastbolzen bekannt, das Drehmoment ermittelt werden. Umfangsnu ten müssen verhindern, daß außerhalb noch Kraft über tragen wird. Vielleicht muß die Achskonstruktion da für modifiziert werden. Je Bohrung ist vorteilhaft nur eine Scherrosette nötig. Scherrosetten vor der Achse werden zu einer Vollbrücke A verbunden, die an dere zu B. A+B ergibt das Lastsignal, A-B das Mo mentsignal. Im Duplex-Betrieb genügt ein Telemetrie kanal.To determine the torque that the bearing is on the axis exerts, especially when the roles, block is provided at the ends of the axles with Blind holes equipped with shear rosettes at right angles to the longitudinal axis. In this horizontal or sack arranged at right angles to the longitudinal axis holes on the axle ends can, as from load bolts known to determine the torque. Circumference ten must prevent outside from being overpowered will wear. Maybe the axle construction has to be there for being modified. Each hole is advantageous only a rosette is necessary. Rosettes in front of the Axis are connected to a full bridge A, the B. A + B gives the load signal, A-B the Mo ment signal. In duplex mode, telemetry is sufficient channel.

Eine weitere Möglichkeit, die Achslast und das Dreh moment an den Achsenden zu ermitteln ist die, bei der in flachen Sackbohrungen an den Achsenden achsparal lele Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind. Dort lie fern die achsparallelen Streifen ein Lastsignal (positive Dehnung). Es ist groß, wenn die Achsenden fest eingespannt sind, nur klein, wenn sie hier lose auf liegen. Diese Anordnung braucht vorteilhaft nur zwei Radialbohrungen bzw. Sackbohrungen an den Ach senden.Another way, the axle load and the rotation The moment at the axle ends is to be determined at the in flat blind holes on the axle ends axially paral lele strain gauges are arranged. There far away the axially parallel strips a load signal (positive stretch). It is great when the axle ends are firmly clamped, only small if they are loose here lying on. This arrangement advantageously only needs two radial holes or blind holes on the axis send.

Denkbar ist es auch, nur mittig der Achse eine Sack bohrung mit einer Scherrosette und einem achsparallel geklebten Dehnungsmeßstreifen vorzusehen. Die Scher rosette mißt das Moment. Es ist dort bei symmetri scher Last und nicht blockierten Rollen sehr klein, steigt aber kräftig an, wenn ein Rollenkranz blockiert. Der achsparallele Streifen liefert ein Lastsignal (Stauchung, allerdings nur, wenn die Achsenden lose aufliegen). Vorteilhaft wird nur eine Sackbohrung benötigt, das Lastsignal ist allerdings weniger sicher. Auch das Blockiersignal kann ausfal len, wenn beide Rollenkränze zugleich blockieren, was allerdings sehr selten der Fall sein dürfte.It is also conceivable to place a sack only in the middle of the axis bore with a shear rosette and an axially parallel to provide glued strain gauges. The shear rosette measures the moment. It's there at symmetri shear load and unblocked rollers very small, but rises sharply when a scroll ring blocked. The axially parallel strip delivers Load signal (compression, but only if the Loosely rest the axle ends). Only one will be advantageous Blind drilling required, but the load signal is less certain. The blocking signal can also fail len, if both roller rings block at the same time what however, it should be very rare.

Die eventuell noch vorhandenen Unsicherheiten können bei den weiter oben beschriebenen Ausführungen ver mieden werden, wenn den Sackbohrungen an den Achs enden Scherrosetten und allen Sackbohrungen achs parallele Dehnungsmeßstreifen zugeordnet sind. Bei fester Lagerung liefern die Streifen große Signale, bei loser Lagerung nur der eine Streifen. Die Brücke liefert also in jedem Fall ein großes Lastsignal, auch wenn sich der Spannungszustand der Lagerung ändern sollte. Die Bohrungen zur Aufnahme der Deh nungsmeßstreifen und der Scherrosetten können auch auf der Unterseite der Achse liegen oder teils auf der Unterseite und teils oben.Any uncertainties that may still exist in the versions described above ver be avoided if the blind holes on the axle ends of shear rosettes and all blind holes on the axis parallel strain gauges are assigned. At fixed storage, the strips deliver large signals, only one strip when stored loose. The bridge always delivers a large load signal, even if the tension state of the bearing should change. The holes for receiving the deh Measurement strips and the shear rosettes can also lie on the underside of the axle or partly on it the bottom and partly above.

Eine weitere zweckmäßige Ausführung sieht vor, daß die Scherrosetten und Dehnungsmeßstreifen in Achsial bohrungen in der Achse, vorzugsweise in einem Abstand von 70 cm mit Hilfe vorapplizierter Ringe eingeklebt sind. Solche Bohrungen sind im übrigen für die Unter bringung der Telemetrie vorteilhaft einzusetzen. Durch die vorapplizierten Ringe wird zwar eine kleine Hysterese bewirkt, doch ist diese vernachlässigbar klein. Vorteilhaft ist bei dieser Anordnung vor allem, daß die Meßbereiche optimal geschützt sind und zuverlässig abgedichtet werden können. Da die Deh nungsmeßstreifen über die applizierten Ringe einge bracht sind, ist eine Beschädigung beim Einbringen der Telemetiebausteine unwahrscheinlich, wobei die Bausteine auch zunächst und dann erst die Meßringe eingebracht werden können, so daß auch eine optimale und einfache Montage mit Hilfe dieser Ausführung mög lich ist.Another expedient embodiment provides that the shear rosettes and strain gauges in axial holes in the axis, preferably at a distance of 70 cm glued in with the help of pre-applied rings are. Such holes are otherwise for the sub use of telemetry to advantage. The pre-applied rings make a small one Hysteresis causes, but it is negligible small. This arrangement is advantageous all that the measuring ranges are optimally protected and can be reliably sealed. Since the Deh measurement strips over the applied rings are damaged during insertion of the telemetry building blocks are unlikely, the Modules first and then the measuring rings can be introduced so that an optimal and easy assembly possible with the help of this version is.

Ein besonderes beriebssicheres Überrollsignal wird erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß im inneren La gerring randseitig eine mit einer achsparallelen Nut korrespondierende rechtwinklige Bohrung vorgesehen ist, in der ein induktiver und magnetischer Fühler dicht an der Rollseite des Lagerrings angeordnet ist. Diese Fühler liefern ein kräftiges Signal bei jeder Überrollung der Meßstelle durch die Rollen, so daß eine genaue Ermittlung und Auswertung gewährleistet ist. Der Aufwand für die Herstellung der Bohrungen und der Nut ist verhältnismäßig gering, wobei das Meßkabel durch die achsparallele Nut nach außen ge führt wird, so daß eine einfache Verkabelung gegeben ist.A special anti-rollover signal is obtained according to the invention that in the inner La one with an axially parallel groove Corresponding right-angled hole provided is in which an inductive and magnetic sensor is arranged close to the rolling side of the bearing ring. These sensors deliver a powerful signal to everyone Rolling over the measuring point by the rollers so that an exact determination and evaluation guaranteed is. The effort for the production of the holes and the groove is relatively small, which Measuring cable ge through the axially parallel groove to the outside leads, so that simple wiring is given is.

Bei der Übertragung der ermittelten Daten bzw. bei der Energieübertragung zwischen Achse und Maschine müssen zwei oder mehrere Trennstellen überwunden werden. Eine feste Kabelverbindung ist hier ausge schlossen, allein schon aufgrund des Verschleißes bzw. der häufigen Reparatur der Werkzeuge bzw. Werk zeughalter. Der Einsatz von Kabelverbindern ist problematisch. Eine vorteilhafte kontaktlose Verbin dung über die Trennstellen hinweg ist erfindungsgemäß dadurch gegeben, daß zur Signalübertragung in der Achse eine Sendediode und im Maschinenkörper eine Empfangsdiode angeordnet ist, die fotoelektrisch über einen im Rollenhalter verlaufenden Lichtleiter ver bunden sind. Die Sendediode wird über die Elektronik angesteuert und gibt die entsprechenden Informationen direkt über den Lichtleiter auf die Empfangsdiode. Eine Kombination mit der induktiven Energieübertra gung ist, da beide Systeme sich nicht beeinflussen, in einfacher Weise möglich.When transferring the determined data or at the energy transfer between the axis and the machine must overcome two or more separation points will. A fixed cable connection is out here closed, if only because of the wear or the frequent repair of tools or works tool holder. The use of cable connectors is problematic. An advantageous contactless connection dung over the separation points is according to the invention given that for signal transmission in the Axis a transmitter diode and one in the machine body Receiving diode is arranged, the photoelectrically over a light guide running in the roll holder are bound. The transmitter diode is via the electronics controlled and gives the corresponding information directly via the light guide to the receiving diode. A combination with inductive energy transfer is because both systems do not influence each other, easily possible.

Eine induktive Kopplung wird erfindungsgemäß dadurch verwirklicht, daß zur Signalübertragung im Maschinen körper eine mit Wechselspannung beaufschlagte Spule, im Rollenhalter ihr gegenüber eine zweite und am an deren Ende eine dritte Spule angeordnet sind, und daß in der Achse eine von der Elektronik ansteuerbare vierte Spule vorgesehen ist. Mit der Spule in der Achse, die von der Elektronik periodisch proportional des Meßsignals angesteuert wird, wird eine Lastände rung hervorgerufen. Diese Laständerung überträgt sich bis zur Spule im Maschinenkörper und kann dort ein wandfrei gemessen werden.According to the invention, inductive coupling is thereby realized that for signal transmission in machines body a coil charged with AC voltage, in the reel seat opposite her and on the end of which a third coil is arranged, and that in the axis one that can be controlled by the electronics fourth coil is provided. With the coil in the Axis that is periodically proportional by the electronics of the measurement signal is driven, a load level tion. This change in load is transferred up to the coil in the machine body and can be there be measured wall-free.

Vorteilhaft ist auch, das eine induktive Energieüber tragung dadurch ermöglicht wird, daß die Spulen gleichzeitig zur Energieübertragung eingesetzt wer den, wobei vorteilhaft die Energieübertragung paral lel zur induktiven Datenübertragung vorgenommen wird. Die übertragene Wechselspannung wird auf der Em pfangsseite in der Achse aufbereitet und speist die Elektronik. Bei der Kombination mit der induktiven Datenübertragung werden wechselseitig Energie und Da ten übertragen.It is also advantageous that an inductive energy transfer Carrying is made possible that the coils who is also used for energy transmission the, whereby advantageously the energy transfer paral lel is carried out for inductive data transmission. The transmitted AC voltage is on the Em prepared in the axis and feeds the Electronics. When combined with the inductive Data transmission are mutually energy and Da transferred.

Eine weitere Möglichkeit der Energieversorgung ist die, bei der im Rollenbohrwerkzeug im drehenden Teil Magnete und auf dem statischen Teil Spulen korre spondierend angeordnet sind. Damit entfällt die Not wendigkeit, eine Batterie vorzusehen, um die notwen dige Energieversorgung sicherzustellen. Nach dem Ge neratorprinzip wird in den Spulen Spannung erzeugt. Diese Spannung wird aufbereitet, gepuffert und speist dann die Elektronik. Denkbar ist jedoch auch die Energieversorgung mittels einer langlebigen Batte rie.Another way of energy supply is the one in which in the roller drilling tool in the rotating part Magnets and coils correct on the static part are arranged sponding. This eliminates the need need to provide a battery to meet the needs ensure the necessary energy supply. After Ge voltage is generated in the coils. This voltage is processed, buffered and fed then the electronics. However, that is also conceivable Power supply using a long-life battery yelled.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine einfache Überwachung der Rollenbohrwerkzeuge möglich ist, wobei genau zu identifizierende und bleibend eindeutige Signale erzeugt werden. Vorteil haft können gleichzeitig auch diese Signale berüh rungslos übertragen werden, wobei ebenfalls auch eine solche Energieübertragung möglich ist, so daß der benötigte Verkabelungs- und sonstige Aufwand für der artige Einrichtungen ausgesprochen gering ist.The invention is characterized in particular by that easy monitoring of the roller drilling tools is possible, being precisely identified and permanently clear signals are generated. Advantage These signals can also be touched simultaneously be transmitted without any problems, and also a such energy transfer is possible so that required cabling and other effort for the like facilities is extremely low.

Weitere Einzelheiten werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen erläutert.Further details are given in the following Drawings explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Vorkopfansicht einer Achse mit Rol lenlager, Fig. 1 is a Vorkopfansicht an axis with Rol roller bearing,

Fig. 2 das Rollenlager nach Fig. 1 im Schnitt, Fig. 2, the roller bearing of Fig. 1 in section,

Fig. 3 eine Prinzipskizze bezüglich der Anord nung der Dehnungsmeßstreifen, und Fig. 3 is a schematic diagram regarding the arrangement of the strain gauges Anord, and

Fig. 4 eine ergänzende Wiedergabe der Anordnung der Dehnungsmeßstreifen, Fig. 4 is a reproduction of the additional arrangement of the strain gauges,

Fig. 5 eine Achse im Schnitt mit endseitigen Sackbohrungen, Fig. 5 is an axis in section, with end-side blind bores,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Achse mit Rollenlager, Fig. 6 shows a longitudinal section through the axis of roller bearings,

Fig. 7 ein Anordnungsprinzip von Sackbohrungen, Fig. 7 is a principle arrangement of blind holes,

Fig. 8 eine andere Anordnung, Fig. 8 shows another arrangement,

Fig. 9 eine dritte Anordnung mit achsparallelen Dehnungsmeßstreifen, Fig. 9 shows a third arrangement of strain gauges with axially parallel,

Fig. 10 einen Schnitt durch eine Achse mit hori zontalen Bohrungen, Fig. 10 is a section through an axis with hori zontal bores,

Fig. 11 die Anordnung von magnetischen Fühlern im Bereich der Achse, Fig. 11 shows the arrangement of magnetic sensors in the region of the axis,

Fig. 12 eine Prinzipskizze bezüglich der foto elektrischen Kopplung und Fig. 12 is a schematic diagram with regard to the photoelectric coupling and

Fig. 13 eine Prinzipskizze einer induktiven Kopplung zur Übertragung der Signale und der notwendigen Energie. Fig. 13 is a schematic diagram of an inductive coupling for the transmission of the signals and the necessary energy.

Fig. 1 zeigt die Vorkopfansicht einer Achse 1 mit Rollenlager 2, wobei auf bzw. in der Achse 1 eine Meßstelle 3 vorgesehen ist, um die dynamische Last der die Meßstelle 3 passierenden Rollen 4, 5, die auf dem inneren Lagerring 6 verlaufen, ermitteln zu kön nen. Fig. 1 determine shows the Vorkopfansicht an axle 1 with roller bearings 2, wherein a measuring point 3 is provided on or in the axle 1 to the dynamic load of the measuring point 3 passing rollers 4, 5 which extend on the inner bearing ring 6, to be able to.

Die Meßstelle 3 ist hier in einer Sackbohrung 8 an geordnet, in der aufgrund der Bemessung zwei Deh nungsmeßstreifengruppen 9 und 10 angeordnet werden können. Verdeutlicht wird die Anordnung anhand der Fig. 3, während Fig. 2 einen Schnitt durch die Achse 1 und das Rollenlager 2 wiedergibt.The measuring point 3 is arranged here in a blind bore 8 , in which two strain gauge groups 9 and 10 can be arranged due to the dimensioning. The arrangement is illustrated with reference to FIG. 3, while FIG. 2 shows a section through the axis 1 and the roller bearing 2 .

Die erste Dehnungsmeßstreifengruppe 9 besteht aus den Dehnungsmeßstreifen 12, 13, 14 und 15, die sich je weils gegenüberliegend angeordnet sind und die gemäß Fig. 14 für die Ermittlung des Überrollsignals herangezogen werden. Einer mittigen Rolle 4 bzw. 5 sind die Dehnungsmeßstreifen 13, 15 hoch, die Deh nungsmeßstreifen 12, 14 wenig beansprucht, das Brüc kensignal ist damit z. B. positiv. Bei Rollen über Dehnungsmeßstreifen 12, 14 sind diese hoch und die Dehnungsmeßstreifen 13, 15 wenig beansprucht, das Brückensignal ist dann negativ. Die Signalfrequenz gibt die Überrollfrequenz.The first strain gauge group 9 consists of the strain gauges 12 , 13 , 14 and 15 , which are each arranged opposite each other and which are used according to FIG. 14 for determining the rollover signal. A central role 4 and 5 , the strain gauges 13 , 15 are high, the strain gauges 12 , 14 little used, the bridge signal is thus z. B. positive. In the case of rolls over strain gauges 12 , 14 , these are high and the strain gauges 13 , 15 are little stressed, the bridge signal is then negative. The signal frequency gives the rollover frequency.

Die Dehnungsmeßstreifen 17, 18, 19, 20 bilden die zweite Dehnungsmeßstreifengruppe 10. Diese werden zu sammen mit den Dehnungsmeßstreifen 22 herangezogen, um ein grobes Lastsignal zu bilden. Hier wird die Summe der Dehnungsmeßstreifen 17, 18, 19, 20 mit den Ausgleichsstreifen 22, die auch durch einen Festwi derstand ersetzt werden können, verglichen.The strain gauges 17 , 18 , 19 , 20 form the second strain gauge group 10 . These are used together with the strain gauges 22 to form a coarse load signal. Here the sum of the strain gauges 17 , 18 , 19 , 20 is compared with the compensating strips 22 , which can also be replaced by a fixed resistor.

Fig. 4 zeigt die Anordnung bzw. die Sinnbilder der einzelnen Dehnungsmeßstreifengruppen 9 und 10 mit ihren jeweiligen Dehnungsmeßstreifen 12, 13, 14, 15 bzw. 17, 18, 19, 20 und 22. Fig. 4 shows the arrangement and the symbols of the individual Dehnungsmeßstreifengruppen shows 9 and 10 with their respective strain gauges 12, 13, 14, 15 and 17, 18, 19, 20 and 22.

Die Sackbohrung 8 bei der Ausbildung nach der Fig. 1 bis 4 ist mittig der Rollenlänge ausgebildet, wobei der Bohrungsdurchmesser ungefähr der Stärke der Rol len 4, 5 entspricht. Diese Sackbohrung 8 ist über die Ansatzbohrung 25 mit der Achsbohrung 24 verbunden, so daß eine günstige Möglichkeit der Verkabelung der Dehnungsmeßstreifengruppen 9 und 10 gegeben ist.The blind bore 8 in the embodiment according to FIGS . 1 to 4 is formed in the center of the roll length, the bore diameter approximately corresponding to the thickness of the rollers 4 , 5 . This blind bore 8 is connected to the axle bore 24 via the shoulder bore 25 , so that there is a favorable possibility of wiring the strain gauge groups 9 and 10 .

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Ausbildung, bei der an den Achsenden 26 und 27 jeweils Sackbohrungen 28, 28′ vorgesehen sind, wobei nach der Ausbildung Figur 5 zwei gegenüberliegende Sackbohrungen 28, 28′ vor gesehen sind. Hierdurch ist die Blockierung der Rol len zu ermitteln bzw. das Drehmoment, daß das Lager auf die Achse 1 ausübt. Dieses Drehmoment steigt deutlich an, wenn die Rollen 4, 5 blockieren. Ande rerseits schwankt es aber auch bei unblockierten Rol len 4, 5 ungefähr proportional zur Last, im inneren Lagerring 6 mit einer Reibkraft um 10%. deshalb wird hier wiederum der Quotient Drehmoment/Last gebildet, wozu in den horizontalen Sackbohrungen 28, 28′ an den Achsenden 26, 27 gemessen wird, wie es von Lastbolzen bekannt ist. In jeder Bohrung ist nur jeweils eine Scherrosette angeordnet. Fig. 6 zeigt einen ent sprechenden Längsschnitt. FIGS. 5 and 6 show an embodiment in which the axle ends 26 and 27 are blind holes 28, 28 'are provided, wherein after the formation of Figure 5, two opposing blind holes 28, 28' are seen before. In this way, the blocking of the rollers is to be determined or the torque that the bearing exerts on the axis 1 . This torque increases significantly when the rollers 4 , 5 lock. On the other hand, it fluctuates even with unblocked rollers 4 , 5 approximately proportional to the load, in the inner bearing ring 6 with a frictional force of 10%. therefore here again the quotient torque / load is formed, for which purpose it is measured in the horizontal blind bores 28 , 28 'at the axle ends 26 , 27 , as is known from load bolts. There is only one shear rosette in each hole. Fig. 6 shows a corresponding longitudinal section.

Bei der Ausführung nach Fig. 7 wird das Drehmoment über Scherrosetten in jedem Umfangswinkel meßbar ge macht, unter anderem auch in sehr flachen Sackboh rungen, wobei hier zwei Sackbohrungen 28, 28′ vorge sehen sind. Achsparallele Dehnungsmeßstreifen 30, wie in Fig. 9 gezeigt, liefern ein Lastsignal. Nach Fi gur 8 ist lediglich eine mittige Sackbohrung 29 vor gesehen und nach Fig. 9 sind endseitige Sackboh rungen 28, 28′ und eine mittige Sackbohrung 29 vor gesehen, wobei hier die achsparallelen Dehnungsmeß streifen wiedergegeben sind.In the embodiment according to FIG. 7, the torque is made measurable via shear rosettes in every circumferential angle, including in very flat sack holes, with two blind bores 28 , 28 'being seen here. Axial parallel strain gauges 30 , as shown in Fig. 9, provide a load signal. After Fi gur 8 only a central blind bore 29 is seen before and according to FIG. 9 end sackboh stanchions 28 , 28 'and a central blind bore 29 are seen before, here the axially parallel strain gauges are shown.

Fig. 10 zeigt eine Anordnung, bei der Achsialboh rungen 32 vorgesehen sind, in die bis zur Meßstelle 3 Scherrosetten vorgeschoben sind. Diese Schermeß stellen liegen etwa 70 mm tief vom Achsende weg, so daß sie nur mit Hilfe vorapplizierten Ringen einge baut werden können. Die dabei entstehende Hysterese ist unschädlich. Fig. 10 shows an arrangement in which Achsialboh stanchions 32 are provided, in which 3 shear rosettes are advanced to the measuring point. These shear points are about 70 mm deep from the axle end, so that they can only be built with the help of pre-applied rings. The hysteresis that arises is harmless.

Die Radialbohrung im inneren Lagerring 6 erbringt ein besonders betriebssicheres Überrollsignal. Dazu muß in diese Bohrung, d. h. die rechtwinklige Bohrung 34 zur achsparallelen Nut 33 ein Fühler 35 eingebracht werden. Bei diesem Fühler handelt es sich um einen induktiven oder magnetischen Fühler, der bis dicht an die Rollseite 36 des inneren Lagerrings 6 herange bracht ist. Fig. 11 zeigt dies sehr deutlich.The radial bore in the inner bearing ring 6 provides a particularly reliable rollover signal. For this purpose, a sensor 35 must be introduced into this bore, ie the right-angled bore 34 to the axially parallel groove 33 . This sensor is an inductive or magnetic sensor which is brought up close to the rolling side 36 of the inner bearing ring 6 . Fig. 11 shows this very clearly.

Die Fig. 12 und 13 zeigen Anordnungen, die eine zweckmäßige Übertragung der Signale und der Energie ermöglichen. FIGS. 12 and 13 show arrangements which permit convenient transfer of signals and energy.

Bei der fotoelektrischen Kopplung gemäß der Fig. 12 findet sich eine von der Elektronik angesteuerte Sen dediode 38 in der Achse 1. Das Gegenstück, die Empfangsdiode 40 wird im Maschinenkörper 39 plaziert. Die Verbindung von Sende- und Empfangsdiode 38, 40 wird durch einen Lichtleiter 32 im Rollenhalter 41 verwirklicht. Dieser Lichtleiter 42 oder das Licht leitkabel ermöglicht die Übertragung auch schnell aufeinanderfolgender Signale. Eine Kombination mit der induktiven Energieübertragung ist, da beide Sy steme sich nicht beeinflussen, in einfacher Weise möglich.In the photoelectric coupling according to FIG. 12 there is a sensor diode 38 driven by the electronics in axis 1 . The counterpart, the receiving diode 40 , is placed in the machine body 39 . The connection of transmitting and receiving diodes 38 , 40 is realized by an optical fiber 32 in the roll holder 41 . This light guide 42 or the light guide cable enables the transmission of rapidly successive signals. A combination with inductive energy transfer is possible in a simple manner since both systems do not influence each other.

Bei der induktiven Kopplung gemäß Fig. 13 wird eine, im Maschinenkörper 39 befindliche Spule 44 mit einer Wechselspannung beaufschlagt. Eine gegenüber im Rol lenhalter 41 angebrachte Spule 45 wird mit einer wei teren Spule 46 gegenüber der Achse 1 verschaltet. Mit einer Spule 47 in der Achse 1, die von der Elektronik periodisch proportional dem Meßsignal angesteuert wird, wird eine Laständerung hervorgerufen. Mit Hilfe der Spulen wird die Laständerung bis zur Spule 44 im Maschinenkörper 39 übertragen und kann dort einfach und genau gemessen werden.In the inductive coupling according to FIG. 13, a coil 44 located in the machine body 39 is supplied with an alternating voltage. An opposite in the len lenhalter 41 coil 45 is connected to a white direct coil 46 with respect to the axis 1 . A load 47 is caused by a coil 47 in axis 1 , which is periodically controlled by the electronics in proportion to the measurement signal. With the help of the coils, the change in load is transmitted to the coil 44 in the machine body 39 and can be measured there simply and accurately.

Sowohl mit der Einrichtung nach Fig. 12 wie nach Fi gur 13 kann auch die notwendige Energie übertragen werden, wobei es auch denkbar ist, im Rollenwerkzeug im rotierenden Teil Magnete und auf dem statischen Teil Spulen anzuordnen, um auf diese Weise Energie zu erzeugen.Both with the device according to FIG. 12 and according to FIG. 13 , the necessary energy can also be transmitted, it also being conceivable to arrange magnets in the rotating part in the rotating part and coils on the static part in order to generate energy in this way.

1 Achse
2 Rollenlager
3 Meßstelle
4 Rolle
5 Rolle
6 innerer Lagerring
8 Sackbohrung
9 DM-Streifengruppe I
10 DM-Streifengruppe II
12 DMS-A
13 DMS-B
14 DMS-C
15 DMS-D
17 DMS-E
18 DMS-F
19 DMS-G
20 DMS-H
22 DMS-K
24 Achsbohrung
25 Ansatzbohrung zu 8
26 Achsende
27 Achsende
28 Sackbohrung an 26, 27
29 mittige Sackbohrung
30 achsparallele DMS
32 Achsialbohrung
33 achsparallele Nut in 6
34 rechtwinklige Bohrung
35 Fühler in 34
36 Rollseite in 6
38 Sendediode in 1
39 Maschinenkörper
40 Empfangsdiode in 39
41 Rollenhalter
42 Lichtleiter in 41
44 Spule in 39
45 Spule in 41
46 Spule in 41
47 Spule in 1 1 axis
2 roller bearings
3 measuring point
4 roll
5 roll
6 inner bearing ring
8 blind hole
9 DM strip group I
10 DM strip group II
12 DMS-A
13 DMS-B
14 DMS-C
15 DMS-D
17 DMS-E
18 DMS-F
19 DMS-G
20 DMS-H
22 DMS-K
24 axis bore
25 shoulder hole to 8
26 axle end
27 axle end
28 blind hole on 26, 27
29 central blind hole
30 axis-parallel strain gauges
32 axial bore
33 axially parallel groove in 6
34 right angle bore
35 sensors in 34
36 rolling page in 6
38 transmitter diode in 1
39 machine body
40 receiving diode in 39
41 roll holder
42 light guides in 41
44 coil in 39
45 spool in 41
46 coil in 41
47 coil in 1

Claims

1. A method for monitoring roller boring tools of tunneling machines, in particular full cutting machines in underground mining and tunneling, the rollover signal being determined with the help of strain gauges as an operating display and the absolute magnitude of the signal being determined and evaluated as a load display, characterized in that the load , ie the axle load is measured independently of the rollover signal and then the quotient of rollover signal and axle load is formed.

2. The method according to claim 1, characterized in that that in addition to the rollover signal or instead the torque that the bearing exerts on the axle, is determined.

3. Device for performing the method according to claims 1 or 2, with a measuring point formed between the axis and bearing ring with strain gauges and an evaluation unit, characterized in that in the middle of the longitudinal axis of the roller len ( 4 , 5 ) a blind bore ( 8 ) is formed and equipped with two offset strain gauge strips ( 9 , 10 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that the blind bore ( 8 ) has a diameter corresponding to the roller thickness.

5. The device according to claim 3, characterized in that the blind bore ( 8 ) is formed in the inner bearing ring ( 6 ) and has an up to the axis bore ( 24 ) through-hole ( 25 ).

6. The device according to claim 3, characterized in that at the axis ends ( 26 , 27 ) with rosette equipped with shear blind holes ( 28 ) are formed perpendicular to the longitudinal axis.

7. The device according to claim 3, characterized in that in flat blind bores ( 28 ) to the axle send ( 26 , 27 ) axially parallel strain gauges ( 30 ) are arranged.

8. The device according to claim 3, characterized in that in the center of the axis ( 1 ) a blind bore ( 29 ) with a shear rosette and an axially parallel ge-bonded strain gauges ( 30 ) is provided.

9. The device according to claim 3, claim 6 and claim 7 and claim 8, characterized in that the blind bores ( 28 ) on the axle ends ( 26 , 27 ) shear rosettes and axially parallel strain gauges ( 30 ) assigned to all blind bores ( 28 , 29 ) are not.

10. The device according to claim 6, characterized in that the shear rosettes and strain gauges ( 30 ) are glued into axial bores ( 32 ) in the axis ( 1 ), preferably at a distance of 70 cm with the help of pre-applied rings.

11. The device according to claim 3, characterized in that in the inner bearing ring ( 6 ) on the edge a with an axially parallel groove ( 33 ) corresponding rectangular bore ( 34 ) is provided, in which an inductive and magnetic sensor ( 35 ) close to the rolling side ( 36 ) of the bearing ring is arranged.

12. The apparatus according to claim 3, characterized in that for transmitting signals in the axis ( 1 ), a transmitting diode ( 38 ) and in the machine body ( 39 ) a receiving diode ( 40 ) is arranged, the photo electrically via one in the roll holder ( 41 ) fenden light guide ( 42 ) are connected.

13. The apparatus according to claim 3, characterized in that for signal transmission in the machine body ( 39 ) an AC coil ( 44 ), in the reel holder ( 41 ) opposite it a second coil ( 45 ) and at the other end a third coil ( 46 ) are arranged and that a fourth coil ( 47 ) which can be controlled by the electronics is provided in the axis ( 1 ).

14. The apparatus of claim 3 and claim 13, characterized in that the coils ( 44 , 45 , 46 , 47 ) are used simultaneously for energy transmission.

15. The apparatus according to claim 3, characterized in net that in the roller drilling tool in the rotating part Magnets and coils on the static part are arranged accordingly.