DE4415824C1 - Anordnung einer Beschädigungs-Warnsensorik an den Meißelhalterungen einer Teilschnittmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung einer Warnsensorik an den Meißelhalterungen einer Teilschnittmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Bergbau und Tunnelvortrieb werden heute Maschinen eingesetzt, die soge­ nannte Schneidköpfe besitzen, welche mit bis zu hundert Hartmetallmeißeln bestückt sind. Je nach Anordnung auf dem Schneidkopf und den vorherrschenden Gesteinsparametern unterliegen diese Meißel unterschiedlicher Abnützung. Der Abnützungsgrad einzelner Meißel kann derzeit nur bei Stillstand der gesamten Maschine überprüft werden und daher scheiden unter solchen vorherrschenden Einsatzbedingungen kontinuierliche Überwachungsverfahren - beispielsweise durch optische Verfahren - aus. Bisher schätzt der erfahrene Maschinenführer den ungefähren Zustand der Meißel am Vibrationsverhalten des Gerätes ab. Ist ein gewisser Anteil von Meißeln verbraucht, so resultiert daraus ein verändertes Vibrations- und Geräuschverhalten der Maschine.

Diese indirekte Erkennungsmethode erfordert natürlich vom Maschinenführer bzw. Maschinenbetreibenden, zumindest vom Fahrer der Teilschnittmaschine ein hohes Maß an Sachkenntnis und laufende Konzentration. Dies allein aber ist heute nicht mehr ausreichend um ein rechtzeitiges Erfassen einzelner, be­ schädigter Meißel zu gewährleisten. So ist schon vorgeschlagen worden, das Vibrationsverhalten der Maschine elektronisch zu erfassen und auszuwerten, jedoch hat sich dieses Verfahren in der Praxis vor Ort nicht bewährt, da eine exakte Lokalisierung des Meißels von zu vielen anderen Nebeneffekten beeinflußt und fast unmöglich gemacht wird. Aus der DE 35 05 408 A1 ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem aus dem Vibrationsverlauf der Meißelverschleiß festgestellt wird.

Überschreitet die Abnützung einzelner Meißel einen bestimmten Grenzwert, ist deren Wechsel zwingend erforderlich. Unterbleibt der Austausch eines stark abgenützten Meißels, so droht die Beschädigung des zugehörigen Meißelhalters. Um gravierende Schäden am Schneidkopf zu vermeiden, müssen daher defekte Meißelhalter umgehend ausgewechselt werden. Der Wechsel solcher Meißelhalter erfordert aber unter anderem aufwendige Trenn- und Schweißar­ beiten. In aller Regel können somit aufgrund technischer Anforderungen oder vorgegebener Sicherheitsbestimmungen Meißelhalter nicht vor Ort ausgetauscht werden. Ausfallzeiten von bis zu zwei Tagen sind die Folge. Das rechtzeitige, zuverlässige Erkennen der Gefährdung einzelner Meißelhalter ist demzufolge von erheblicher betriebswirtschaftlicher Bedeutung.

Aus der AT 382 683 B ist ein kontinuierliches optisches Verfahren zur Überwachung des Verschleißes, und aus der DE 33 17 800 C2 ein funktechnisches Verfahren bekannt.

Aus der DE-Zeitschrift "VDI-Z", 129 (1987), Heft 9, Seiten 54 bis 56 ist eine Warnsensorik bekannt, die einen beschädigungssensitiven Sensor aus abriebfestem Material (Titanoxinitrid) verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung aufzuzeigen, mit der die Beschädigung einzelner Meißelhalter eines mit vielen Meißeln bestückten Schneidkopfes rechtzeitig, zuverlässig und kontinuierlich unter bergbautypischen Umweltbedingungen feststellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele erläutert. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterungen. Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiels eines Meißelhalters mit eingesetztem Meißel und in explosionsartiger Darstellung eingezeichneter Schutzeinrichtung,

Fig. 2 eine dreidimensionale Darstellung der zusammengesetzten Schutz­ einrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung des Transponderprinzips nach dem TROVAN-System des Standes der Technik und

Fig. 4 ein Schemabild zur Erkennung von Anomalitäten.

Wie die Fig. 1 veranschaulicht, ist ein Meißel M in einem Meißelhalter MH befestigt, dem nun eine hochabriebfeste Meißelhalterhülle MHH zugeordnet ist, in die eine sogenannte Sensorhülle SH integriert ist. Um den Meißelhalter MH herum ist eine mit ihm formgleiche und ihn hüllenartig ummantelnde Sensorik SH gelegt, die sofort anspricht und kontinuierlich den Grad der Meißelabnützung aufnimmt, anzeigt und falls der Grad der Meißelabnützung zu einer definierten mechanischen Be­ schädigung der zugeordneten hochabriebfesten Schutzhülle SCHH führen würde, diese Sachlage unter Angabe eines eindeutigen Identifikationsmerkmals an eine externe Überwachungs- und Warneinheit übermittelt, ehe eine Beschädigung des Meißelhalters MH auftritt.

Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Energieversorgung des in die Sensorhülle SH inte­ grierten Datensenders. In vielen Fällen wird vorzugsweise mit einer berüh­ rungslosen Energieversorgung und Datenverarbeitung gearbeitet. In den Fig. 1 bis 4 ist ein solches Ausführungsbeispiel skizziert.

Die Bereiche eines Meißelhalters, die erfahrungsgemäß am meisten gefährdet sind, sind natürlich bevorzugt zu überwachen und werden daher mit geeigneten Sensorelementen flächenmäßig abgedeckt, welche ihrerseits mit einer Daten­ übertragungseinheit verbunden sind. Diese Möglichkeit zur Schaffung eines zuverlässigen Warnsystems bei Meißelhalterungen von Vortriebsmaschinen etc. hat der Stand der Technik trotz dringendsten Bedarfs nicht erkannt. Versuche zeigten, daß hier eine Datenübertragung über das Transponderprinzip, d. h. Signale aufnehmen, verstärken und wieder abstrahlen, des sogenannten TROVANSYSTEM′s möglich ist (Fig. 3). Dieses System wird im folgenden kurz erläutert: Es besteht aus zwei Hauptgruppen: Lesegerät und Transponder. Der Transponder enthält die Baugruppen Stromversorgung, Frequenzteiler, Modulator, Festkodespeicher, Antenne und Datensender.

Die Stromversorgung erhält die zum Betrieb des Transponders erforderliche Energie berührungslos durch den Empfang der vom Lesegerät ausgestrahlten Hochfrequenzenergie mittels Empfangsantenne. Diese HF-Energie wird in der Stromversorgungseinheit umgesetzt in eine für den Transponderbetrieb geeignete Spannung. Der Transponder benötigt somit keine eigene Stromquelle. Der Frequenzteiler ermöglicht das ungestörte Senden von Sensordaten und Erkennungskode bei gleichzeitigem Empfang der vom Lesegerät emittierten Hochfrequenzenergie. Der Festkodespeicher gewährleistet eine eindeutige Identifikation des Transponders. Modulator und Datensender übermitteln Sensordaten schnell, sicher, berührungslos und störunempfindlich durch die Anwendung der Phasenmodulation.

Das Lesegerät ist vom Transponder räumlich getrennt. Es besteht aus Stromversorgung, Sender, Empfänger und Datendekoder. Die Stromversorgung kann durch eigene Batterien oder das Bordnetz der Teilschnittmaschine gespeist werden. Der Sender (Frequenz 128 kHz) erzeugt die für den Transponderbetrieb erforderliche HF-Energie, die mit der HF-Quelle verbundene Sendeantenne dient der berührungslosen Übertragung zum Transponder. Der Empfänger (Empfangsfrequenz 64 kHz) des Lesegerätes empfängt mittels einer geeigneten Antenne die vom Transponder ausgestrahlten Daten berührungslos. Vom Lesegerät werden die so gewonnenen Daten der Überwachungseinheit der Teilschnittmaschine übermittelt.

In der spezifischen Ausführungsvariante, wie sie in Fig. 1 skizziert ist und die auf dem Einsatz eines Transponders basiert, ist einer der Erfindungsgedanken darauf gerichtet, die Wicklung der Sendeantenne bzw. Transponderantenne TA als Sensorelement zu verwenden und hierzu so in die Sensorhülle SH zu integrieren, daß eine mechanische Beschädigung - wie beispielsweise starker Abrieb oder Risse - an der Oberfläche der Hüllenschutzschicht HSCH, die aus einem abgenützten Meißel resultiert, je nach Art und Bereich zu einer charakteristischen Veränderung des Sendesignals führt. Aufgrund der individuellen Codierung des betroffenen Transponders kann damit sowohl der defekte Meißel, als auch der zugehörige Meißelhalter eindeutig, rechtzeitig und berührungslos identifiziert werden. In der vorbeschriebenen Ausführungsvariante sind TA und Transponder in Kunststoff eingebettet.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Transponder-Chip TCH mit der Antenne TA verbunden. Zum besseren Verständnis sind die Sensorhülle SH und die Schutzhülle SCHH, die in ihrer Gesamtheit die Meißelhalterhülle MHH ergeben, getrennt dargestellt. Die Meißelhalterhülle MHH kann beispielsweise als Kappe ausgebildet sein, die beispielsweise durch Verklebung, Schnellverriegelung oder Verschraubung mit dem Meißelhalter MH verbunden ist.

Als weitere Ausführungsbeispiele können Konzeptionen angesehen werden bei denen anstelle der Antenne TA ein anderes flächenförmig ausgestaltetes Element eingesetzt wird oder eine spezielle Sensorbaugruppe integriert ist, wie beispielsweise ein ein- oder mehrschichtiger Kondensator oder eine Wider­ standanordnung, deren mechanische Veränderungen die Gefährdung des Meißelhalters signalisiert. Wesentlich ist hierbei, daß der Meißelhalter MH so ummantelnd eingefaßt ist, daß kritische Form- oder sonstige Zustandsänderung an oder mit ihm sofort detektiert, erfaßt und angezeigt wird. Hiertür ist bei­ spielsweise auch eine in bestimmter Stärke aufgetragener Schichtmantel aus signifikantem Material denkbar.

Claims (7)

1. Anordnung einer Beschädigungs-Warnsensorik an den Meißelhalterungen des Schneidkopfes einer Teilschnittmaschine zur lokalen Erfassung von Beschädigungen der Meißelhalterungen mittels beschädigungssensitiver Sensorelemente, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißelhalter (MH) mit einer an seinen Außenflächen paßgenau anliegenden und ihn ummantelnden Sensorhülle (SH) aus einem abriebfesten Material versehen ist, die mit elektronischen Baueinheiten flächendeckend bestückt ist, wobei ein oder mehrere der flächig ausgebildeten, beschädigungssensitiven Sensorelemente zusammen mit einer Datenübertragungseinheit so mit der Sensorhülle (SM) verbunden oder in ihr eingebettet sind, daß jede Art der Meißelhalterdefekte lokal erfaßt, identifiziert und registriert einer externen Empfangseinheit mitgeteilt und zur Anzeige gebracht ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung drahtlos erfolgt und hierfür ein in die Sensorhülle (SH) integrierter Transponder, bestehend aus Transponderantenne (TA) und Transponderchip (TCH) verwendet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als beschädigungssensitives Element ganz oder teilweise die Transponder- Sendeantenne (TA) eingesetzt ist, deren Windungen in der Sensorhülle (SH) so angeordnet sind, daß jede lokal auftretende Beschädigungsgefahr erfaß- und identifizierbar ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorhülle (SH) mittels Schnellver-/entriegelung leicht austauschbar gestaltet ist und nach erfolgtem Austausch das individuelle Sollsignal und der Identifizierungskode automatisch erfaßt und gespeichert sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abriebfesten Elemente der Sensorhülle (SH) wie Antennenwicklungen, Mehrschichtenkondensatoren oder Widerstände zusammen mit dem Transponderchip (TCH) in ihrem vorgefertigten Hüllenmantel so integriert sind, daß der Verbindungs- und Kontaktschluß automatisch mit dem Einsetzvorgang auf den Meißelhalter (MH) erfolgt.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenstruktur oder die Sensorelemente in der Sensorhülle (SH) in mehrere Bereiche unterteilt sind und jeder dieser Unterbereiche eine zuverlässige Lokalisierung auftretender Beschädigung sowie räumlich und zeitlich auftretende Veränderungen einer Schadensentwicklung erfassend ermöglicht.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorhülle (SH) in einer Schutzhülle (SCHH) integriert ist.