DE4107676C2

DE4107676C2 - Method and device for monitoring roller drilling tools

Info

Publication number: DE4107676C2
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: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2011-03-10
Also published as: DE4107676A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Rollenbohrwerkzeugen von Vortriebsmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.The invention relates to a method for monitoring of roller drilling tools of tunneling machines, after the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 2.

Insbesondere im untertägigen Berg- und Tunnelbau werden Teil- und Vollschnittmaschinen eingesetzt, die mit einer Vielzahl von Rollenbohrwerkzeugen ausgebildet sind. Die Lösearbeit wird über Schneid- und Walzenrollen bewirkt, die auf oder an der sich drehenden Scheibe des Bohrkopfes 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 auftretenden Belastungen sowie deren Abrollverhalten genau überwachen zu können, ist es bekannt (DE-PS 34 44 846), zugleich die anfallenden Belastungsgrößen als solche als auch das Abrollverhalten von Rollenbohrwerkzeugen in einem Signal zu überwachen, wobei dazu je Rollenbohrwerkzeug eine Meßstelle vorgesehen 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 auftretenden Tangentialspannungen erfaßt.Especially in underground mining and tunneling partial and full cut machines are used which trained with a variety of roller drilling tools are. The loosening work is about cutting and Roll rollers causes that on or on the itself rotating disk of the drill head or on the brush-shaped Drill head are arranged. These roller boring tools smash the rock through high Pressure, for which the machine is appropriate Support abutments. Without those on the roller drilling tools occurring loads and their It is to be able to monitor roll behavior precisely known (DE-PS 34 44 846), at the same time the accruing Load sizes as such as the rolling behavior of roller drilling tools in one signal monitor, one for each roller drilling tool Measuring point is provided, the strain gauge are assigned to the opposite of the roller rollers Edge of the outer or inner ring arranged are. About this strain gauge, as mentioned, both the feed-related voltage increase like the tangential stresses that occur detected.

Aus der DE-Z Glückauf 116 (1980), Nr. 15, Seiten 767-770, ist eine Einrichtung zur Ermittlung von verschiedenen Daten an Bohrrollen von Vortriebsmaschinen bekannt. Dabei werden am stationären Teil der Vortriebsmaschine, beispielsweise, Vorschubkraft, Leistungsaufnehmer, Bohrkopfdrehzahl, Vortriebsgeschwindigkeit und Steuerkräfte aufgenommen, während am oder an den Rollenbohrwerkzeugen Schnittkräfte und Temperatur gemessen werden. Die ermittelten Werte werden zur Meßzentrale über Tage übertragen und dort ausgewertet. Die den Betrieb betreffenden Werte, wie Überrollsignal, Achslast und ähnliches, sind mit der bekannten Einrichtung nicht zu ermitteln. Aber auch bei einer Anwendung des Verfahrens gemäß DE-PS 34 44 846 kann bei dynamischer Last das Überrollsignal nicht einwandfrei erkannt werden. Auch die Achslast läßt sich nur sehr grob ermitteln, so daß eine einwandfreie Steuerung der Vortriebsmaschine aufgrund der so ermittelten Werte nicht möglich ist.From DE-Z Glückauf 116 (1980), No. 15, pages 767-770, is a facility for identifying various Data on drilling rolls of tunneling machines known. Here, on the stationary part of the tunneling machine, for example, feed force, power consumption, Drill head speed, speed of advance and control forces added while cutting forces on or on the roller drilling tools and Temperature can be measured. The determined values are transmitted to the measuring center over days and there evaluated. The values related to the operation, such as Rollover signal, axle load and the like are with the known device not to determine. But also when using the method according to DE-PS 34 44 846 the rollover signal can be cannot be recognized correctly. The axle load too can only be determined very roughly, so that a perfect Control of the tunneling machine based on of the values determined in this way is not possible.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Arten anzugeben, mit denen die an den Rollenbohrwerkzeugen auftretenden Belastungen sowie das Abrollverhalten der Rollenbohrwerkzeuge exakter überwacht werden können.The invention is therefore based on the object Method and device of the generic type Specify ways in which those on the roller drilling tools occurring loads and rolling behavior the roller drilling tools are monitored more precisely can be.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 genannten Mittel gelöst.The object is achieved by the in the characterizing Parts of claims 1 and 2 mentioned means solved.

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. Durch das zusätzliche Ermitteln des Drehmomentes ist das Blockieren von Rollen frühzeitig zu erkennen, da das Drehmoment, das das Lager auf die Achse ausübt, deutlich ansteigt, wenn die Rollen blockieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sowohl bezüglich des Überrollsignals und der Achslast ein einwandfreies Signal wie auch bezüglich der Blockierungen, so daß über die klaren Signale auch eine einwandfreie Steuerung bzw. eine angepaßte Steuerung der Vortriebsmaschine leicht durchgeführt werden kann. Meßfehler, die auf Schwankungen, beispielsweise bei unblockierten Rollen zurückzuführen sind, werden aufgrund des Verfahrens ausgeschlossen, da in allen Fällen der Quotient aus Überrollsignal und Achslast bzw. Drehmoment und Last für die Bildung des Signals ausschlaggebend sind.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 lay always a uniform stress zone or To specify the measuring zone. By additional investigation of torque is blocking rollers early to recognize because the torque that the bearing exercises on the axis, increases significantly when the Block roles. The method according to the invention results in both the rollover signal and the Axle load a perfect signal as well as regarding the blockages so that the clear signals also a perfect control or an adapted Control of the tunneling machine carried out easily can be. Measurement errors due to fluctuations, for example attributable to unblocked roles are excluded due to the procedure, since in all cases the quotient from the rollover signal and axle load or torque and load for formation of the signal are decisive.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, deren wesentliche Merkmale dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 zu entnehmen sind. Die Sackbohrung liegt genau mittig der Längsachse der Rollen, so daß eine einwandfreie Belastungsanzeige erfolgt. In der Bohrung sind zwei Dehnungsmeßstreifengruppen untergebracht, die so versetzt zueinander angebracht sind, 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 werden. Bei einer mittigen Rolle sind die Dehnungsmeßstreifen BD hoch und die Dehnungsmeßstreifen AC wenig beansprucht, das Brückensignal z. B. also positiv. Bei Rollen über den Dehnungsmeßstreifen AC sind diese hoch, die Dehnungsmeßstreifen BD dagegen wenig beansprucht, das Brückensignal ist hier negativ. Die Signalfrequenz gibt die Überrollfrequenz. Wegen der Lastdynamik wird sie unter Umständen darin untergehen, was aber verhindert werden kann, wenn auch hier der Quotient mit Hilfe des Lastsignals ermittelt 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 K, die auch durch einen Fest widerstand ersetzt werden können, verglichen. Diese Summe pendelt vergleichsweise wenig beim Überrollen, macht aber die Lastdynamik voll mit.A device is used to carry out the method, the essential characteristics of the characteristic Part of claim 2 can be found. The blind hole lies exactly in the middle of the longitudinal axis of the rollers, so that a perfect debit advice is given. In the bore are two strain gauge groups housed, so attached to each other are that the different data, i. H. Rollover signal and axle load signal determined separately can be. They provide the rollover signal Strain gauge ABCD while the necessary rough load display by the strain gauges EFGH can be determined with KKKK. With a central roll the strain gauges BD are high and the strain gauges AC, the bridge signal e.g. B. positive. For rolls over the strain gauge AC, these are high, the strain gauges BD, on the other hand, is little used Bridge signal is negative here. The signal frequency gives the rollover frequency. Because of the load dynamics they may perish in it, but this prevents can be, if the quotient with The load signal is determined. Would be best Shear measurements on 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 K, which is also by a feast resistance can be replaced compared. This Sum swings comparatively little when rolling over, but fully supports the load dynamics.

Die Verkabelung wird erfindungsgemäß dadurch wesent lich vereinfacht und die Ermittlung des Überrollsignals und der Achslast vereinfacht, daß die Sackbohrung am inneren Lagerring ausgebildet ist und eine bis zur Achsbohrung durchgehende Ansatzbohrung aufweist. The wiring is thereby essential according to the invention Lich simplified and the determination of the rollover signal and the axle load simplifies that the blind hole is formed on the inner bearing ring and a shoulder hole through to the axis bore having.

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 übertragen wird. Vielleicht muß die Achskonstruktion dafür modifiziert werden. Je Bohrung ist vorteilhaft nur eine Scherrosette nötig. Scherrosetten vor der Achse werden zu einer Vollbrücke A verbunden, die andere zu B. A+B ergibt das Lastsignal, A-B das Momentsignal. Im Duplex-Betrieb genügt ein Telemetriekanal.To determine the torque that the bearing is on the axis exerts, especially when the roles block is provided on the axle ends with Blind holes equipped with shear rosettes at right angles to the longitudinal axis. In these horizontal ones or sack arranged at right angles to the longitudinal axis bores on the axle ends, as from load bolts known to determine the torque. Circumference ten must prevent strength from outside is transmitted. Maybe the axle construction be modified for it. Each hole is advantageous only a rosette is necessary. Rosettes in front of the Axis are connected to a full bridge A, the others to B. A + B gives the load signal, A-B that Torque signal. In duplex mode, one telemetry channel is sufficient.

Eine weitere Möglichkeit, die Achslast und das Dreh moment an den Achsenden zu ermitteln ist die, bei der die Sackbohrungen an den Achsenden flach ausgebildet und mit achsparallelen Dehnungsmeßstreifen ausgerüstet sind. Dort liefern die achsparallelen Streifen ein Lastsignal (positive Dehnung). Es ist groß, wenn die Achsenden fest eingespannt sind, nur klein, wenn sie hier lose aufliegen. Diese Anordnung braucht vorteilhaft nur zwei Radialbohrungen bzw. Sackbohrungen an den Achsenden.Another way, the axle load and the rotation The moment at the axle ends is to be determined at the the blind holes on the axle ends are flat and equipped with axially parallel strain gauges are. The axially parallel strips deliver there a load signal (positive strain). It's great, though the axle ends are firmly clamped, only small if they lie here loosely. This arrangement needs advantageously only two radial bores or blind bores on the axle ends.

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 Drehmoment. Es ist dort bei symmetrischer 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 torque. It's symmetrical there Load and not blocked roles very much 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 sure. 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 zur Ermittlung des Drehmomentes 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 Dehnungsmeßstreifen 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 to determine the Torque are assigned. With firm storage the strips deliver large signals when loose Storage of only one strip. The bridge delivers in any case a large load signal, even if the tension state of the bearing should change. The holes for receiving the strain gauges and the shear rosettes can also be on the bottom the axis or partly on the underside and partly above.

Eine weitere zweckmäßige Ausführung sieht vor, daß die zur Ermittlung des Drehmomentes dienenden Scherrosetten und Dehnungsmeßstreifen in Axialbohrungen in der Achse, vorzugsweise in einem Abstand von 70 cm mit Hilfe vorapplizierter Ringe eingeklebt sind. Solche Bohrungen sind im übrigen für die Unterbringung 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 Telemetriebausteine 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 möglich ist.Another expedient embodiment provides that the shear rosettes used to determine the torque and strain gauges in axial bores in the axis, preferably at a distance of 70 cm are glued in with the help of pre-applied rings. Such holes are for the rest of the housing use telemetry to advantage. By the pre-applied rings will be 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 modules is unlikely, the Building blocks first and then the measuring rings can be introduced so that an optimal and easy assembly using this version is possible.

Ein besonderes betriebssicheres 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 reliable rollover signal is obtained according to the invention in 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 Verbindung 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 become. 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 This is according to the invention beyond the separation points given that for signal transmission in the axis a transmitting diode and a receiving diode in the machine body is arranged, the photoelectrically over a light guide running in the reel seat 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 anderen 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 Laständerung hervorgerufen. Diese Laständerung überträgt sich bis zur Spule im Maschinenkörper und kann dort einwandfrei gemessen werden.An inductive coupling is thereby inventively realized that for signal transmission in machines body with an alternating voltage Coil, a second and opposite in the reel seat a third coil is arranged at the other end, and that in the axis 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 controlled, a Load change. This load change transmits up to the coil in the machine body and can be measured there properly.

Vorteilhaft ist auch, daß eine induktive Energieübertragung dadurch ermöglicht wird, daß die Spulen gleichzeitig zur Energieübertragung eingesetzt wer den, wobei vorteilhaft die Energieübertragung parallel zur induktiven Datenübertragung vorgenommen wird. Die übertragene Wechselspannung wird auf der Empfangsseite in der Achse aufbereitet und speist die Elektronik. Bei der Kombination mit der induktiven Datenübertragung werden wechselseitig Energie und Daten übertragen. It is also advantageous that inductive energy transmission thereby allowing the coils who is also used for energy transmission the, whereby advantageously the energy transfer in parallel made for inductive data transmission becomes. The transmitted AC voltage is on the The receiving side is prepared in the axis and feeds the Electronics. When combined with the inductive Data transfer are reciprocal energy and Transfer data.

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 Batterie.Another way of energy supply is the one in the rotary 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.

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. Vorteilhaft können gleichzeitig auch diese Signale berührungslos übertragen werden, wobei ebenfalls auch eine solche Energieübertragung möglich ist, so daß der benötigte Verkabelungs- und sonstige Aufwand für derartige 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. Advantageous can also use these signals at the same time without contact are transferred, also also such an energy transfer is possible, so that the required cabling and other expenses for such facilities is extremely small.

Die Erfindung wird anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is based on the Drawings illustrated embodiment explained in more detail.

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 hole 8 in which two strain gauges 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 Fig. 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 27 are blind bores and 28, 28 'are provided, wherein after the formation of Fig. 5 has two opposite blind holes 28, 28' are seen. As a result, 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. Only one shear rosette is arranged 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 Fig. 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 by means of shear rosettes in every circumferential angle, including in very flat sack holes, here two blind bores 28 , 28 'are easily seen. Axial parallel strain gauges 30 , as shown in Fig. 9, provide a load signal. According to FIG. 8, only a central blind bore 29 is seen before and after Fig. 9 are end-side Sackboh stanchions 28, 28 'and seen a central blind bore 29 in front, wherein the strain gauge axially parallel stripes are shown here.

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 enable the signals and energy to be transmitted appropriately.

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 transmit and receive 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 Fig. 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.The necessary energy can also be transmitted both with the device according to FIG. 12 and according to FIG. 13, 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 drilling tools of tunneling machines, in particular full-cut machines in underground mining and tunneling, in which at least the rollover signal is determined with the aid of strain gauges as an operating display and the absolute size of the signal as a load display, and the load is indicated using at least one evaluated signal the roller drilling tools and their rolling behavior is determined, characterized in that the load, that is, the axle load is measured independently of the rollover signal and then the quotient is formed from the rollover signal and the axle load, and a corresponding signal is formed therefrom, and in addition the torque that the bearing places on the axle exercises, is determined and the quotient and a corresponding further signal is formed from torque and axle load.

2. Device for performing the method according to claim 1, with a measuring point formed between the axis and the bearing ring with strain gauges and an evaluation unit, characterized in that the axis ( 1 ) in the middle of the longitudinal axis of the rollers ( 4 , 5 ) has a blind bore ( 8 ) , in which two strain gauge groups ( 9 , 10 ) are staggered for the separate determination of the rollover signal and the axle load, and that in addition to the axle ends ( 26, 27 ) blind holes ( 28 ) are provided with a measuring device for determining the torque.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that to determine the rollover signal and the axle load, the blind bore ( 8 ) has a diameter corresponding to the roll thickness.

4. The device according to claim 2, characterized in that the strain gauges ( 9, 10 ) for determining the rollover signal and the axle load having blind bore ( 8 ) is formed in the inner bearing ring ( 6 ) and a through bore up to the axle bore ( 24 ) ( 25 ).

5. The device according to claim 2, characterized in that on the axle ends ( 26 , 27 ) equipped with shear rosettes above, the measuring device for determining the torque having blind holes ( 28 ) are formed perpendicular to the longitudinal axis.

6. The device according to claim 2, characterized in that the measuring device for determining the torque receiving blind bores ( 28 ) at the axle ends ( 26 , 27 ) are flat and equipped with axially parallel strain gauges ( 30 ).

7. The device according to claim 2, characterized in that for determining the torque only in the middle of the axis ( 1 ) a blind bore ( 29 ) with a shear rosette and an axially parallel strain gauge ( 30 ) is provided.

8. Apparatus according to claim 2, claim 5 and claim 6 and claim 7, characterized in that the blind bores ( 28 ) at the axle ends ( 26 , 27 ) shear rosettes and all blind bores ( 28 , 29 ) axially parallel strain gauges ( 30 ) for determination of the torque are assigned.

9. Apparatus according to claim 5 or claim 6, characterized in that the shear rosettes and strain gauges serving to determine the torque ( 30 ) are glued into axial bores ( 32 ) in the axis ( 1 ), preferably at a distance of 70 cm with the aid of pre-applied rings are.

10. The device according to claim 2, characterized in that in the inner bearing ring ( 6 ) on the edge with an axially parallel groove ( 33 ) corresponding rectangular bore ( 34 ) is provided, in which an inductive and magnetic sensor ( 35 ) for determining the rollover signal is arranged close to the rolling side ( 36 ) of the bearing ring.

11. The device according to claim 2, 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.

12. The apparatus according to claim 2, 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 ) is arranged and that a fourth coil ( 47 ) which can be controlled by the electronics is provided in the axis ( 1 ).

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the coils ( 44 , 45 , 46 , 47 ) are simultaneously used for energy transmission.

14. The apparatus of claim 2, claim 12 and claim 13, characterized in that for energy supply the measuring device and the whole in the roller drilling tool in the rotating part Magnets and corresponding to coils on the static part are arranged.