DE4107678A1

DE4107678A1 - Annular tooth load sensor for roller tunnelling tool - has measuring points and evaluator on drill head, with measuring points fitted with magnetic field sensors

Info

Publication number: DE4107678A1
Application number: DE4107678A
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
Also published as: DE4107678C2

Abstract

The measuring point (7) on the drill head (5) is located precisely opposite the ridge of the annular tooth (3), where magnetometers (9) are fitted and wired to a processor (8). The rotational speed is signalled by the passage of one or more magnetised balls, or rollers, in the bearing (10) of the tool holder (4). The overroll signals from a new tooth, a worn one, and a blocked or stationary one are readily distinguishable in continuous monitoring and processing. USE/ADVANTAGE - For roller boring tools, with simple and reliable monitoring.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Er mittlung der Belastung der Ringzähne von Rollen bohrwerkzeugen, insbesondere der den Bohrköpfen von Vortriebsmaschinen im untertägigen Berg- und Tunnelbau zugeordneten Werkzeugen, mit im Bereich der Rollenbohrwerkzeuge angeordneten Meßstellen und einer Auswerteeinheit.The invention relates to a device for Er averaging the load on the ring teeth of rollers drilling tools, especially that of the drilling heads of tunneling machines in underground mining and Tools associated with tunneling, in the area of the roller drilling tools arranged measuring points and an evaluation unit.

Bei den aus der DE-PS 36 43 309.8-24 bekannten Vorrichtungen befinden sich die Meßstellen im Werkzeughalter und/oder im Rollenbohrwerkzeug selbst. Mit Hilfe dieser Meßstellen wird der Ver schleiß an den Ringzähnen ermittelt, wozu Nähe rungssensoren vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß sie die Änderungen der Außenflächen des Ringzahnes indirekt ermitteln können. Tritt näm lich ein Verschleiß auf, so gibt der Näherungs sensor ein entsprechendes Signal oder das bisher ausgestrahlte Signal endet, so daß die Auswerte einheit rechtzeitig den Maschinenfahrer veranlas sen kann, die Vortriebsmaschine stillzusetzen und das entsprechende Rollenbohrwerkzeug auszu wechseln. Nachteilig ist, daß die Übertragung der Meßsignale über Schnittstellen erfolgen muß, was als aufwendig anzusehen ist. Nachteilig ist außerdem, daß eben nur der Ringzahnverschleiß mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung ermittelt wer den kann.In the known from DE-PS 36 43 309.8-24 Devices are located in the measuring points Tool holder and / or in the roller drilling tool itself. With the help of these measuring points, the Ver wear on the ring teeth determined, why close tion sensors are provided, which are arranged are that they are the changes in the exterior surfaces of the Can determine ring tooth indirectly. Kicks näm Approximate wear, so there is approximation sensor a corresponding signal or so far broadcast signal ends, so the evaluations the machine operator promptly can stop the tunneling machine and the appropriate roller drilling tool switch. The disadvantage is that the transfer of Measurement signals must take place via interfaces, what is to be regarded as expensive. The disadvantage is also that just the ring tooth wear with With the help of such a device who determined that can.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der an Rollen bohrwerkzeugen das Abrollverhalten, die Belastung der Rollenbohrwerkzeuge sowie auch der Ringzahn verschleiß überwacht und ermittelt werden kann.The invention is therefore based on the object to create a device with which on rollers the rolling behavior, the load the roller drilling tools as well as the ring tooth wear can be monitored and determined.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßstellen und die Auswerteeinheit auf dem Bohrkopf positioniert sind, daß die Meßstel len mit Magnetfeldsensoren ausgerüstet sind, daß der Lagerung der Rollenbohrwerkzeuge ein oder mehrere magnetische Kugeln oder Zylinderrollen zugeordnet sind und daß die Rollenlagerbockauf standsfläche einen Rollenbelastungsmeßaufnehmer aufweist. Es ist jedoch auch eine Vorrichtung zur Ermittlung derartiger Kenndaten vorstellbar, bei welcher die Auswerteeinheit nicht unbedingt auf dem Bohrkopf angeordnet sein muß. According to the invention, the object is achieved by that the measuring points and the evaluation unit the drill head are positioned so that the measuring point len are equipped with magnetic field sensors that the storage of the roller drilling tools or several magnetic balls or cylindrical rollers are assigned and that the roller bearing block footprint a roller load sensor having. However, it is also a device for Determination of such characteristic data conceivable at which the evaluation unit does not necessarily have the drill head must be arranged.

Durch die Zuordnung der Meßstellen und der Aus werteeinheit zum Bohrkopf können die sonst nö tigen Schnittstellen eingespart werden. Die Vor richtung wird damit einfacher und auch letztlich sicherer. Diese Meßstellen sind so ausgebildet, daß eine Überwachung des Abrollverhaltens und der Belastung des Rollenbohrwerkzeuges, sowie eine Ringzahnverschleißermittlung möglich ist. Die Ringzahnverschleißermittlung erfolgt mit Hilfe der Magnetfeldsensoren, die die Intensität der Magnetfeldlinien ermitteln, die durch den Metall körper gesammelt und am Ringzahn konzentriert austreten. Die Drehzahl wird gleichzeitig durch die Magnetfeldsensoren registriert und überwacht, die die sich ändernde Magnetfeldstärke beim Durchlauf der Kugeln bzw. Zylinderrollen in ma gnetischer und nichtmagnetischer Ausführung re gistrieren. Die Rollenbelastung schließlich wird mit Hilfe eines der Rollenlagerbockaufstands fläche zugeordneten Rollenbelastungsmeßaufnehmers ermittelt, so daß alle zur genauen Überwachung der Rollenbohrwerkzeuge notwendigen Kenndaten zur Überwachung und Überprüfung vorliegen.By assigning the measuring points and the off value unit to the drill head can otherwise nope interfaces are saved. The before direction becomes easier and ultimately safer. These measuring points are designed that monitoring the rolling behavior and Load of the roller drilling tool, as well as a Ring tooth wear detection is possible. The Ring tooth wear is determined with the help of the magnetic field sensors that measure the intensity of the Identify magnetic field lines through the metal body collected and concentrated on the ring tooth emerge. The speed is simultaneously through the magnetic field sensors are registered and monitored, which the changing magnetic field strength at Passage of balls or cylindrical rollers in ma magnetic and non-magnetic design right register. The role load finally becomes with the help of one of the roller bearing pedestals area assigned roller load sensor determined so that all for close monitoring of the roller drilling tools necessary for Monitoring and review are available.

Nach einer zweckmäßigen Ausführung ist vorgese hen, daß der Rollenbelastungsmeßaufnehmer als Kraftmeßtisch ausgebildet ist oder nach einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung als Kraftaufneh mer, der innerhalb der Rollenlagerbockaufstands fläche angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Rollenbelastung genau ermittelt und entsprechend ausgewertet werden, wobei auch die Möglichkeit besteht, daß der Kraftaufnehmer unterhalb der Rollenlagerbockaufstandsfläche angeordnet ist.After an appropriate execution is vorese hen that the roller load sensor as Force measuring table is formed or after a further appropriate training as a force transducer mer, the inside of the roller pedestal rebellion surface is arranged. In this way, the Role load determined exactly and accordingly be evaluated, including the possibility there is that the force transducer below the Roller bearing block contact area is arranged.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung sieht vor, daß der Kraftaufnehmer auf oder in der Rollen lagerbockaufstandsfläche über mehrere Meßstellen verteilt angeordnet ist, so daß damit eine genaue Ermittlung der notwendigen Daten ermöglicht ist.Another appropriate training provides that the force transducer on or in the rollers bearing block footprint over several measuring points is distributed so that an accurate Determination of the necessary data is made possible.

Aufgrund der Ermittlung gleichzeitig mehrerer Kenndaten ist es möglich, den Zustand der Rollen bohrwerkzeuge einzeln oder auch gruppenweise ge nau zu ermitteln und dann zu entscheiden, ob ein Auswechseln notwendig ist oder noch nicht. Ein Fehlalarm oder ähnliches kann nicht auftreten, weil der Auswerteeinheit mehrere Kenndaten zuge leitet werden, aus deren Summe bzw. Kombination eine genaue Zustandsanalyse der Rollenbohrwerk zeuge möglich ist. Nur wenn entsprechende Über lagerungen vorhanden sind, wird entweder die Vor triebsmaschine automatisch abgestellt oder aber dem Maschinenfahrer das entsprechende Signal ge geben, das ihn dann veranlaßt, die Maschine still zusetzen, um die entsprechenden Rollenbohrwerk zeuge auszutauschen. Geringfügige Kerben oder ähnliches am bzw. im Ringzahn werden somit zwar als solche ermittelt und auch registriert, so daß ein frühzeitiges Erkennen von sich anbahnenden Problemen möglich ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit sehr sicher und optimal für den untertägigen Bergbau einsetzbar, weil eine vorteilhafte Gewichtung der gemeldeten Kenndaten möglich ist. Über den gesamten Einsatzbereich des jeweiligen überwachten Rollenbohrwerkzeuges ist somit in qualitativer Hinsicht eine kontinuier liche Überwachung gegeben, so daß sich damit auch die Möglichkeit ergibt, bei unterschiedlich aus gebildeten Rollenbohrwerkzeugen Gründe für die unterschiedlich langen Standzeiten festzustellen. Vorteilhaft ist weiter, daß mit Hilfe der er findungsgemäßen Vorrichtung eine einfache und ge naue Aussage möglich ist und daß andererseits der Aufbau wegen des Wegfalls von Schnittstellen deutlich vereinfacht werden kann.Based on the determination of several at the same time Characteristics, it is possible to determine the condition of the roles drilling tools individually or in groups to determine exactly and then decide whether a Replacement is necessary or not yet. A False alarm or the like cannot occur because the evaluation unit received several characteristics be derived from their sum or combination a precise condition analysis of the roller boring machine witness is possible. Only if appropriate over storage is available, either the pre engine automatically turned off or the appropriate signal to the machine operator which then causes him to shut the machine down add to the appropriate roller boring machine exchange witnesses. Slight notches or Similar on or in the ring tooth are thus determined as such and also registered, so that an early recognition of upcoming ones Problems is possible. The invention The device is therefore very safe and optimal for underground mining can be used because a advantageous weighting of the reported characteristic data is possible. Over the entire area of application of the respective monitored roller drilling tool thus a continuous one in terms of quality given surveillance, so that it also the possibility arises at different from formed roller drilling tools reasons for that to determine service life of different lengths. Another advantage is that with the help of device according to the invention a simple and ge exact statement is possible and that on the other hand the Construction due to the elimination of interfaces can be significantly simplified.

Anhand der Figuren wird die Erfindung nachfolgend ergänzend erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the figures additionally explained. Show it:

Fig. 1 ein Rollenbohrwerkzeug mit Meßstelle und Auswerteeinheit, Fig. 1 is a disc cutter with the measuring point and evaluation unit,

Fig. 2 ein Überrollsignal bei einem neuen Ringzahn, Fig. 2, a roll signal at a new ring gear,

Fig. 3 ein Überrollsignal bei einem ver schlissenen Ringzahn, Fig. 3 is a rollover signal in a ver schlissenen ring gear,

Fig. 4 ein Überrollsignal bei einem blockierten Ringzahn, Fig. 4 is a rollover signal when a blocked ring gear,

Fig. 5 und 6 eine Meßvorrichtung mit Kraftmeßtisch eine Meßvorrichtung mit Kraftauf nehmer. Fig. 5 and 6, a measuring device having a measuring device with Kraftmeßtisch force to participants.

Fig. 1 zeigt die Meßvorrichtung 1, um verschie dene Meßdaten an Rollenbohrwerkzeugen 2 zu ermit teln bzw. zu überwachen. Hierzu ist dem Ringzahn 3 eine am Bohrkopf 5 angeordnete Meßstelle 7 zu geordnet, die Werkzeughalter 4 bleiben somit von entsprechenden Vorrichtungen bzw. Vorrichtungs teilen unbeeinflußt. Fig. 1 shows the measuring device 1 in order to determine or monitor various measurement data on roller drilling tools 2 . For this purpose, the ring tooth 3 is arranged a measuring point 7 arranged on the drill head 5 , the tool holder 4 thus remain unaffected by corresponding devices or device parts.

Die Meßstelle 7 ist genau gegenüberliegend der Spitze des Ringzahnes 3 angeordnet und besteht aus hier nicht weiter erläuterten Magnetfeldsen soren 9, die die entsprechenden Daten an eine Auswerteeinheit 8 weitergeben, die ebenfalls dem Bohrkopf 5 zugeordnet ist.The measuring point 7 is arranged exactly opposite the tip of the ring tooth 3 and consists of magnetic field sensors 9 not explained here, which pass on the corresponding data to an evaluation unit 8 , which is also assigned to the drill head 5 .

In die Lagerung 10 des Rollenbohrwerkzeuges 2 im Werkzeughalter 4 sind hier nicht im einzelnen dargestellte Kugeln oder Wälzrollen zugeordnet, von denen eine oder einige magnetisch sind, so daß die Magnetfeldsensoren beim Durchlaufen der entsprechenden Kugeln das für die Auswertung der Drehzahl notwendige Signal erhalten.In the bearing 10 of the roller drilling tool 2 in the tool holder 4 balls or roller rollers, not shown in detail, are assigned here, one or some of which are magnetic, so that the magnetic field sensors receive the signal necessary for evaluating the speed when passing through the corresponding balls.

Fig. 2 zeigt, wie erläutert, ein Überrollsignal bei einem neuen Ringzahn, wobei der Abstand der Kurvenspitzen drehzahlabhängig ist. Im Vergleich dazu zeigt Fig. 3 ein Überrollsignal bei einem verschlissenen Ringzahn. Man erkennt anhand die ser Darstellungen, daß aufgrund der un terschiedlichen Signale eine klare Identifizie rung möglich ist. Insbesondere ist die sich in diesen Kurven wiederspiegelnde Entwicklung bei kontinuierlicher Überwachung festzustellen, so daß relativ frühzeitig absehbar ist, wann derar tige Rollenbohrwerkzeuge 2 ausgewechselt werden müssen. Fig. 2 shows, as explained, a roll signal at a new ring gear, whereby the distance of the curve peaks is speed-dependent. In comparison, Fig. 3 shows a rollover signal with a worn ring tooth. It can be seen from these representations that a clear identification is possible due to the different signals. In particular, the development reflected in these curves can be determined with continuous monitoring, so that it can be foreseen relatively early when derar term roller drilling tools 2 must be replaced.

Fig. 4 gibt das Überrollsignal bei einem blockierten oder stillstehenden Ringzahn 3 wie der. Auch dieses Signal ist, wie zu ersehen ist, einwandfrei für die Auswerteeinheit zu identifi zieren. Die Meßkurve nach Fig. 2 ist mit 14, die nach Fig. 3 mit 15 und die nach Fig. 4 mit 16 bezeichnet. Fig. 4 gives the rollover signal with a blocked or stationary ring tooth 3 like that. As can be seen, this signal can also be identified correctly for the evaluation unit. The measurement curve according to FIG. 2 is designated by 14 , that according to FIG. 3 by 15 and that according to FIG. 4 by 16 .

Die Fig. 5 und 6 geben das Rollenbohrwerkzeug 2 wieder, wobei zusätzlich in die Rollenlagerbockaufstandsfläche 11 Rollenbela stungsmeßaufnehmer 12 integriert sind. FIGS. 5 and 6 give the back roller drill 2, wherein in addition stungsmeßaufnehmer in the roller bearing block support surface 11 Bela roller 12 are integrated.

Nach Fig. 5 handelt es sich dabei um einen Kraftmeßtisch 18, bei Fig. 6 um einen Kraftauf nehmer 19 mit zwei zusätzlichen Meßstellen 20, 21.According to Fig. 5, these are a Kraftmeßtisch 18 in Fig. 6 by a force to participants 19 with two additional measuring points 20, 21.

1 Meßvorrichtung
2 Rollenbohrwerkzeug
3 Ringzahn
4 Werkzeughalter
5 Bohrkopf
7 Meßstelle
8 Auswerteeinheit
9 Magnetfeldsensor
10 Lagerung von 2
11 Rollenlagerbockaufstandsfläche
12 Rollenbelastungsmeßaufnehmer
14 Meßkurve Ringzahn neu
15 Meßkurve Ringzahn verschlissen
16 Meßkurve Ringzahn steht
18 Kraftmeßtisch
19 Kraftaufnehmer
20 Meßstelle
21 Meßstelle 1 measuring device
2 roller drilling tool
3 ring tooth
4 tool holders
5 drill head
7 measuring point
8 evaluation unit
9 magnetic field sensor
10 storage of 2
11 Roller bearing block contact area
12 roller load sensors
14 New tooth tooth trace
15 Ring tooth measuring curve worn
16 Ring tooth measurement curve
18 force measuring table
19 load cells
20 measuring point
21 measuring point

Claims

1. Apparatus for determining the load on the ring teeth of roller drilling tools, in particular the tools associated with the drilling heads of tunneling machines in underground mining and tunneling, with measuring points arranged in the area of the roller drilling tools and an evaluation unit, characterized in that the measuring points ( 7 ) and the evaluation unit ( 8 ) are positioned on the drilling head ( 5 ), that the measuring points are equipped with magnetic field sensors ( 9 ), that the bearing ( 10 ) of the roller drilling tools ( 2 ) is assigned one or more magnetic balls or cylindrical rollers and that Roller bearing stand contact surface ( 11 ) has a roller load sensor ( 12 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the roller load sensor ( 12 ) is designed as a force measuring table ( 18 ).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the roller load sensor ( 12 ) is designed as a force transducer ( 19 ) and within the roller bearing block contact surface ( 11 ) is arranged.

4. The device according to claim 3, characterized in that the force transducer ( 19 ) below the roller bearing block contact surface ( 11 ) is arranged.

5. Apparatus according to claim 3 and claim 4, characterized in that the force transducer ( 19 ) on or in the roller bearing block contact surface ( 11 ) over several measuring points ( 7 , 20 , 21 ) is arranged distributed.