-
Einrichtung zum fortlaufenden Anzeigen der Stellung einer Abbaumaschine
mit rotierendem Schrämkopf Die Erfindung behandelt eine Einrichtung zur Anzeige
der Lage und des Verlaufs von Erdschichten. Die Prüfergebnisse werden dabei fortlaufend
auf ein Anzeigegerät übertragen.
-
Solche Einrichtungen sind besonders im Tage-und Untertagebergbau wichtig,
wenn man zur Steuerung der Abbaurichtung und des Vorschubs von Bohr- und Schrämmaschinen
den genauen Verlauf des abzubauenden Flözes oder der sonstigen mineralhaltigen Erdschichten
feststellen muß. So muß man z. B. Bohr- und Schrämmaschinen zum Kohlenabbau stets
im Kohlenflöz und von Gesteinsschichten entfernt führen. Die Kontrolle darüber soll
sich möglichst abseits der eigentlichen Abbaustelle durchführen lassen. Zur überwachung
und Steuerung muß man die Schichten, in denen die Maschine arbeitet, genau kennen.
Diese Feststellungen lassen sich bei Maschinen, die unter Tage aufgestellt sind
und beim gleichzeitigen Arbeiten in mehreren, untereinander verschiedenen Schichten
stark vibrieren, nicht leicht treffen.
-
Die Einrichtung nach der Erfindung soll nun bei solchen Abbaumaschinen
alle Gesteinsarten, in denen die Maschinen (dieser Ausdruck wird später allgemein
für Bohr-, Schräm- oder sonstige Abbaumaschinen benutzt) arbeiten, während der Untertagearbeit
fortlaufend, und zwar an einer vom Abbauort entfernten Stelle selbsttätig anzeigen.
Die Anzeigeeinrichtung soll dabei die störenden Interferenzschwingungen, wie sie
durch die Eigenschwingungen der Maschine zustande kommen, nicht aufnehmen. Im Zusammenhang
mit dieser
neuen Einrichtung wird auch ein neuer Schichtenabtaster
beschrieben.
-
Die Erfindung erreicht die obengenannte Anzeige dadurch, daß die Einrichtung
am Schräm- oder Bohrkopf einen zahnförmigen Prüfer hat, der die einzelnen Erdschichten
anschneidet, daß eine Druckgebereinrichtung auf die vom Prüfzahn während des Schneidens
ausgehenden Erschütterungen anspricht und ein Anzeigegerät die Erschütterungen synchron
mit der Drehung des Schräm- oder Bohrkopfes aufnimmt. Beim Schneiden in verschiedenen
Schichten während der Drehung des Schrämkopfes wird der Zahn unterschiedlich aber
jeweils charakteristisch erschüttert. Diese Erschütterungen lassen sich durch einen
Druckgeber, der in einem elektrischen Stromkreis sitzt, in elektrische Impulse umwandeln.
Der Druckgeber sitzt selbst ebenfalls auf dem Schrämkopf. Der elektrische Stromkreis
ist seinerseits an ein Anzeigegerät, wie z. B. einen Kathodenstrahl - Polarkoordinaten
- Oszillographen angeschlossen, so daß die. Impulse auf dem Schirm des Oszillographen
sichtbar werden. Zwischen Schrämkopf und Anzeigegerät ist noch eine Synchronisiereinrichtung
eingeschaltet, die die Kreisablenkung des Oszillographen mit der Kreisbewegung des
Prüfzahns, während er in den Schichten schneidet, in Gleichlauf bringt. Der Druckgeber
ist so angeordnet, daß er im wesentlichen nur auf die Vibration anspricht, die während
des Schneidens durch die auf den Prüfzahn einwirkenden Druckkräfte zustande kommt.
Dadurch hält man alle Erschütterungen, die vom Schrämkopf selbst ausgehen und die
Messung nur stören, vom Impulsstromkreis fern. Auf dem Schirm des Oszillographen
erscheint dann an einer von der Schrämmäschine entfernten Meßstelle eine sichtbare
Anzeige der verschiedenen Erdschichten, in denen der Schräm- oder Bohrkopf gerade
arbeitet. Mittels einer Fernsteuereinrichtung kann man dann die Schrämmaschine von
der gleichen Meßstelle aus so steuern, daß sie z. B.. in einer bestimmten Kohlenschicht
arbeitet.
-
Die Zeichnung erläutert weitere Einzelheiten der Erfindung. Dabei
zeigt Fig: i eine schematische Darstellung der Meßeinrichtung, Fig. 2 eine Draufsicht
zum Teil im Schnitt auf die Stirnseite des Schrämkopfes in Betriebsstellung, Fig.
3 ein Oszillogramm der Erdschichten nach Fig. 2, wie es auf dem Schirm des Oszillographen
erscheint, Fig. 4 eine Draufsicht zum Teil im Schnitt auf den mit dem Druckgeber
zusammengebauten Prüfzahn und Fig. 5 einen Horizontalschnitt nach Linie 5-5 von
Fig. 4.
-
Der Prüfzahn io zum Schneiden in den Erdschichten sitzt auf dem rotierenden
Schrämkopf i2 einer Schräm- oder Bohrmaschine, die die Kohlenschicht 14 vollmechanisch
abbaut. Die Erschütterungen, die der Prüfzahn io beim Schneiden der Erdschichten
erfährt, wandelt man im Stromkreis 16 dann in elektrische Signale um. Der Stromkreis
16 enthält dazu eine Batterie 17 und eine Kohlenkontaktsäule 18. Die Kohlenkontaktsäule
18 sitzt ebenfalls auf dem Schrämkopf i2, ist mechanisch mit dem Prüfzahn io verbunden
und wandelt die vom Prüfzahn io ausgehenden mechanischen Erschütterungen in elektrische
Stromschwankungen um. Hierzu ist die als Druckgeber wirkende Kohlenkontaktsäule
mit Schleifringen 22 an den Stromkreis 16 angeschlossen. Die Schleifringe 22 sitzen
auf der Antriebswelle 24 des Schrämkopfes 12.
-
Ein Kegelradgetriebe 26 mit der Übersetzung i : i verbindet die Antriebswelle
24 mit einem Synchronisiersender oder Synchrongenerator 28. An den Synchrongenerator
28 ist der Synchronmotor 3o durch ein dreiadriges Kabel 32 angeschlossen. Synchronisiersender
und -empfänger bzw. die beiden Synchronmaschinen sind über die Leitung 34 an das
Starkstromnetz angeschlossen. Der Synchronmotor 3o ist wieder über ein Zahnradgetriebe
36 mit der Übersetzung i : i an einen Zweiphasengenerator 38 angeschlossen, der
mit 9o° Phasenverschiebung arbeitet und über den Stromkreis 4o an die Klemmen 41
des Polarkoordinaten-Oszillographen 42 angeschlossen ist und dessen Kreisablenkung
synchron mit der Drehung des Schrämkopfes 12 steuert.
-
Die Meßklemmen 43 des Oszillographen q.a sind an den Sekundärkreis
eines Übertragers 46 angeschlossen, der die Signale verstärkt und die Widerstände
des Stromkreises 16 und 48 gegenseitig anpaßt. Der Stromkreis 16 bildet hierzu den
Primärkreis des Übertragers 46. Mit Hilfe dieser Übertragungseinrichtung ist das
auf dem Schirm 52 des Oszillographen 42 erscheinende Oszillogramm So eine getreue
und fortlaufende Anzeige der einzelnen Erdschichten i bis 6, in denen der Prüfzahn
io gerade schneidet.
-
Der Prüfzahn io hat eine ziemlich scharfe Schneidkante. Wenn diese
Schneidkante die Erdschichten angreift und fortlaufend in ihnen schneidet, dann
entstehen Erschütterungen, die sich auf den Kohlenkontaktsäulendruckgeber 18 übertragen
lassen. Eine elektrische Batterie 17 treibt durch den Kohlenkontaktsäulendruckgeber
einen geringen - Strom geeigneter Stärke und Spannung. Durch das ständig wechselnde
Zusammenpressen und Ausdehnen der Kohlenkontaktsäule ändert sich ihr elektrischer
Widerstand und damit auch der elektrische Strom, der durch die Kohlenkontaktsäule
fließt. Amplitude und Frequenz der Stromschwankungen sind also genau proportional
der Amplitude und der Frequenz der Erschütterungen des Prüfzahns. Die Stromschwankungen
werden durch die Schleifringe 22 an die entfernt vorgesehene Meßstelle übertragen,
wo man sie in das auf dem Schirm des Oszillographen 42 erscheinende Oszillogramm
So umwandelt.
-
Wie aus Fig.2 und 3 hervorgeht, zeichnet der Oszillograph auf seinem
Schirm 52 fortlaufend ein Kurvenbild So auf, das den einzelnen Erdschichten, in
denen zu dieser Zeit der Prüfzahn io arbeitet, genau entspricht. So entspricht z.
B. der Abschnitt i des Oszillogramms gewöhnlicher Kohle, der
Abschnitt
2 harter Kohle, der Abschnitt 3 wieder gewöhnlicher. Kohle, der Abschnitt 4 harter
Kohle, der Abschnitt 5 gewöhnlicher Kohle und der Abschnitt 6 einer Gesteinsschicht.
Wenn der Bedienungsmann das Oszillogramm 5o laufend überwacht, dann kann er den
Arbeitsvorschub der Maschine stets so steuern, daß die Maschine das bearbeitete
Material, in diesem Falle Kohle, immer mit höchster Förderleistung abbaut.
-
Der Prüfzahn io ist so befestigt, daß er unter dem Gegendruck beim
Schneiden eine geeignete Erschütterungsablenkung bekommt. Die Befestigung ist dabei
natürlich so kräftig gehalten, daß sie auch einem robusten Dauerbetrieb gewachsen
ist. Der Druckgeber muß die einzelnen Signale in deutlicher Abhebung von der Frequenz
der Grunderschütterung infolge der Eigenschwankung der Maschine oder anderer Störungen
wiedergeben, damit eine getreue und klare Wiedergabe des tatsächlichen Prüfzahnsignals
auf dem Schirm des Oszillographen erscheint.
-
Die Fig.4 und 5 bringen Einzelheiten über die Prüfeinrichtung. Die
hier gezeigte Ausführung hat sich bereits praktisch beim Kohlenabbau bewährt. Der
Prüfzahn io hat einen verjüngten Schaft 53, der in der Metallmuffe 54 befestigt
ist. Die Metallmuffe 54 ist auf eine Gummimuffe 58 aufvulkanisiert, die ihrerseits
wieder mit der Innenwand des Metallrohres 6o zweckmäßig durch Vulkanisation verbunden
ist. Das Rohr 6o ist an der Fassung 62 mit dem Stellring 64, der an der Fassung
mit Schrauben 66 gesichert ist, befestigt. Auf der Fassung 62 ist in einer seitlichen
Bohrung eine Madenschraube 68 eingesetzt, die das Rohr 6o faßt und dadurch das Rohr
6o in der Fassung feststellt. Die Fassung 62 ist dann noch auf einer Seite, nämlich
an der Stelle 70, mit dem Schrämkopf 12 verschweißt.
-
In axialer Richtung wird der gummigelagerte Prüfzahn io von einem
Hebel 72 getragen. Das äußere Ende des Hebels hat ein Gewinde und ist in derMuffe
54 gegenüber dem Schaft 53 eingesetzt. Das andere Ende des Hebels ist in Punkt 74
dicht an der Nabe des Schrämkopfes am Schrämkopf drehbar gelagert. Der Hebel 72
kann deshalb so weit frei um das Drehlager 74 schwenken, wie es die Gummilagerung
des Prüfzahns io erlaubt. Der Hebel 72 verhindert die Verschiebung des Prüfzahns
io radial nach innen zum Schrämkopf und hat eine Querbohrung 78, in der ein Rohrstück
8o mit der Kohlenkontaktsäule 82 sitzt. Die Kohlenkontaktsäule 82 besteht aus einer
Anzahl von Kohlenscheiben und ist in einer Isolierstoffhülle 83 in dem Rohrstück
8o untergebracht. Die Isolierstoffhülle trägt an ihrer einen Seite einen ortsfesten
Klemmanschluß 84 und auf der anderen Seite einen axial beweglichen Stromanschluß
86. Auf diesem axial beweglichen Stromanschluß sitzt ein ebenfalls axial beweglicher
Verschluß 88. Der Verschluß 88 und der Stromanschluß 86 sind durch eine axial bewegliche
Isolierscheibe go voneinander getrennt. Mit einer Schraube 89, die in einem Ende
des Rohrstückes verschraubt ist und auf ein Ende des Verschlusses 88 drückt, kann
man die Kohlenkontaktsäule und damit ihren elektrischen Widerstand einstellen. Beide
Rohrenden sind durch Schraubkappen 92 und 94 verschlossen. An den Stromanschlüssen
84 und 86 sind isolierte Leitungen 96 angeschlossen, die die Stromanschlüsse mit
den Schleifringen 22 verbinden. Die Leitungen 96 sind zum Schutz in einem Rohr 98,
das an einer öffnung ioo des Rohrstückes 8o angebracht ist, untergebracht.
-
Durch diesen Aufbau werden infolge des Beharrungsvermögens des Verschlusses
88 ausschließlich die tatsächlich von der Schneidarbeit des Prüfzahns io ausgehenden
Erschütterungen auf die Kohlenkontaktsäule 82 übertragen, wenn sich der Schrämkopf
12 dreht. Der Verschluß 88 bewegt sich dabei im rechten Winkel zur Längsachse des
Hebels 72 und preßt oder entlastet die Kohlenkontaktsäule 82 in Abhängigkeit von
den jeweiligen Erschütterungen des Prüfzahns io.
-
Die Stromschwankungen durch den wechselnden Widerstand des Kohlenkontaktsäulendruckgebers
werden über den Übertrager 46 auf die Klemmen 43 für die Radialsteuerung des Polarkoordinaten-Oszillographen
gegeben. Da die Kreisbewegung des Oszillographen genau synchron mit der Drehung
des Schrämkopfes erfolgt, ist das Oszillogramm eine getreue Anzeige der jeweils
durchschnittenen Schicht. Die Amplitude und in gewisser Beziehung natürlich auch
die Frequenz der vom Prüfzahn ausgehenden Erschütterungen wechseln je nach der Härte
des bearbeiteten Materials. Verschiedene Schichten, wie Kohle, harte Kohle, Schiefer,
Sandstein, sonstige Gesteinsschichten usw., bedingen auffällige Abweichungen in
der Amplitude und/oder Frequenz der Erschütterung. Der Meßstelle liegt deshalb jederzeit
ein getreues Abbild der gerade vom Schrämkopf bearbeiteten Schichten . vor. Nach
dem Oszillogramm kann man die Maschine steuern. Das Oszillogramm läßt sich auch
fotografieren und dann z. B. für statistische Zwecke verwenden.