EP0274342A1 - Vorrichtung zur Ermittlung des Ringzahnverschleisses an Rollenbohrwerkzeugen - Google Patents

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EP0274342A1
EP0274342A1 EP87630273A EP87630273A EP0274342A1 EP 0274342 A1 EP0274342 A1 EP 0274342A1 EP 87630273 A EP87630273 A EP 87630273A EP 87630273 A EP87630273 A EP 87630273A EP 0274342 A1 EP0274342 A1 EP 0274342A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
proximity sensors
drilling tools
roller
ring tooth
wear
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP87630273A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Böing
Wolfgang Wagner
Hermann Eschenbruch
Martin Meyer
Klaus Schramm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bergwerksverband GmbH
Salzgitter Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Bergwerksverband GmbH
Salzgitter Maschinenbau GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B12/00Accessories for drilling tools
    • E21B12/02Wear indicators

Definitions

  • the invention relates to a device for determining the wear on the ring teeth of roller drilling tools, in particular on the drilling heads of tunneling machines in mining and tunneling.
  • tunneling machines In underground mining and tunneling, tunneling machines are used whose drilling heads are equipped with roller drilling tools. With the help of these roller drilling tools, the rock is stressed and destroyed by high pressure forces. Naturally, the ring tooth of the roller drilling tool is subject to heavy wear. Methods are known by means of which statements can be made about the rollover behavior of the roller drilling tools and about the loads occurring on the roller drilling tools. However, these statements leave no doubt not evaluate the ring tooth of the roller drilling tool, which would actually be very advantageous in terms of automation. Rather, it is still necessary that the drill head is stopped at regular intervals and checked for the condition of the individual roller drilling tools. During operation, it still happens that individual roller drilling tools fail due to premature wear of the ring tooth or are even damaged due to the pressure.
  • roller boring tools are often replaced early, which in turn causes high costs and, in addition, considerably burdens the operation.
  • the invention has for its object to provide a device through which the respective condition of the ring tooth can be easily determined and which ensures timely replacement of the roller tools.
  • the object is achieved in that proximity sensors are positioned in the holders receiving the roller drilling tools at a predetermined distance from the outer surface of the ring tooth.
  • Proximity switches are known in principle and have been used as contactless and contactless switching elements for the generation of a control signal for a long time. They serve for a wide variety of tasks in the monitoring of machines and usually work in such a way that by approaching a Workpiece or a certain part of the machine to be monitored and its penetration into the high-frequency magnetic field of the proximity switch, a signal is triggered, which then causes the switching process or counting process. The specified switching distance must be observed exactly.
  • the proximity sensors arranged according to the teaching of the invention in the holders of the roller drilling tools are now arranged and positioned so that they can check the condition of the ring tooth and report it to a central office.
  • the proximity sensor (s) can be designed so that they give a signal as long as the ring tooth is in its active field. If he withdraws from this magnetic field due to the correspondingly high wear, the signal fails and the tunneling machine is automatically stopped, for example.
  • Another possibility is to arrange the proximity sensors and adjust their switching distance so that they only give a signal when the ring tooth is worn out accordingly. In this way, each or a group of ring teeth can be monitored in an expedient manner in order to indicate to the driver of the driving machine in good time if one or even a group of ring teeth or roller drilling tools no longer perform their work completely due to excessive wear.
  • the proximity sensors arranged in the holders of the roller drilling tools are arranged in such a way that their active switching zone runs to the outer surfaces of the ring tooth, so that minor bumps on these outer surfaces cannot influence the monitoring process.
  • Proximity sensors are positioned in the fixed stand areas on the drill head at a specified distance from the ring tooth. This monitors the tip of the ring tooth, the wear of which has a particular influence on the performance of the roller drilling tool. If there is wear here, it is usually always appropriate and necessary to replace the roller drilling tool. It is particularly advantageous if several proximity sensors are provided and assigned to the holders and the pedestal base, so that the ring tooth or the roller drilling tool as a whole monitors proximity sensors to make a comparison with a reference contour and thus make specific statements about the state of the To make ring tooth.
  • two or more proximity sensors with slightly different switching distances can be combined at a predetermined distance from the ring tooth. Only when these proximity sensors respond does the corresponding display take place, while when one of these proximity sensors responds such a warning does not occur because it can then be assumed that there is no damage or wear that does not affect the effectiveness of the roller drilling tool.
  • Proximity sensors which react to the magnetic properties of the ring tooth cutter, are particularly suitable for the intended area of application.
  • Such electronic command transmitters work on the inductive scanning principle. It is also conceivable to use all types of sensors that measure the distance to the ring enable tooth surface.
  • the proximity sensor is designed to have a variable response time.
  • the response time which is usually around 10 milliseconds, it can be achieved that a response will only take place or an indication if there is no change within the predetermined response time, that is to say that there is really a correspondingly great damage.
  • the invention is particularly characterized by the advantages of enabling a relatively simple and precise statement about the respective condition of the ring tooth, so that a decision can be made early on about the further use or the exchange of roller drilling tools or groups of roller drilling tools. It is therefore impossible that a miss over a longer period Educational roller drilling tools remain in use, which then either destroy, severely damage or hinder the shredding work.
  • the roller drilling tool 1 arranged on a drilling head of a tunneling machine is only indicated schematically in FIGS. 1 and 2.
  • the actual roller drilling tool 1 is rotatably arranged in a holder 2, the holders 2 being fastened to the actual drilling head 3.
  • a proximity sensor 10 is arranged according to FIG. 1 so that it can monitor the ring tooth 5 accurately.
  • the arrangement according to FIGS. 1 and 2 shows a proximity sensor, preferably monitoring the tip 7 of the ring tooth 5, wherein further proximity sensors can also be arranged for monitoring the entire outer surface 6.
  • the individual proximity sensors 10 are connected via a feed line 11 to the evaluation unit 14, to which they give corresponding signals. This is the signal either a permanent signal as long as the proximity sensor 10 is activated by the ring tooth 5 or a signal if the wear is correspondingly high.
  • the individual proximity sensors 10 can, for example, have a thread 12 and can be screwed directly into a corresponding hole either in the holder 2 or the stand area 4 or else in the drill head 3. Locking screws 15, 16 are arranged displaceably on the thread, so that an exact fixing of the proximity sensor 10 is possible.

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Abstract

Für die Ermittlung des Verschleisses an den Ringzähnen (5) von Rollenbohrwerkzeugen (1) dient eine Vorrichtung, die durch Näherungssensoren (10) gekennzeichnet ist, die in den die Rollenbohrwerkzeuge (1) aufnehmenden Haltern (2) oder den Bockstandsflächen (4) oder beiden angeordnet sind und zwar so, dass sie zu den Aussenflächen (6) des Ringzahnes (5) positioniert sind. Es können ein oder mehrere derartige Näherungssensoren (10) vorgesehen werden. Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung wird der jeweilige Zustand des Ringzahnes (5) genau ermittelt und ein Verschleiss rechtzeitig angezeigt, so dass es zu Schäden an den Rollenbohrwerkzeugen (1) nicht mehr kommen kann und vorzugsweise ein rechtzeitiges Auswechseln möglich ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Verschleißes an den Ringzähnen von Rollenbohrwerk­zeugen, insbesondere an den Bohrköpfen von Vortriebsma­schinen im Berg- und Tunnelbau.
  • Im untertägigen Berg- und Tunnelbau werden Vortriebsma­schinen eingesetzt, deren Bohrköpfe mit Rollenbohrwerk­zeugen ausgerüstet sind. Mit Hilfe dieser Rollenbohrwerk­zeuge wird das Gestein durch hohe Andruckkräfte beansprucht und zerstört. Naturgemäß unterliegt damit der Ringzahn des Rollenbohrwerkzeuges einem starken Verschleiß. Be­kannt sind Verfahren, mit deren Hilfe über das Überroll­verhalten der Rollenbohrwerkzeuge sowie über die an den Rollenbohrwerkzeugen auftretenden Belastungen Aussagen möglich sind. Diese Aussagen lassen allerdings eine Be­ wertung des Ringzahns des Rollenbohrwerkzeuges nicht zu, was im Sinne einer Automatisierung eigentlich sehr vor­teilhaft wäre. Vielmehr ist es nach wie vor notwendig, daß der Bohrkopf in regelmäßigen Abständen angehalten und auf den Zustand der einzelnen Rollenbohrwerkzeuge überprüft wird. Während des Betriebes kommt es dennoch immer wieder dazu, daß einzelne Rollenbohrwerkzeuge durch frühzeitige Abnutzung des Ringzahns ausfallen oder gar aufgrund des Andruckes beschädigt werden. Auch der Vor­trieb der Vortriebsmaschine wird häufig dadurch behin­dert, daß einzelne oder gar alle Rollenbohrwerkzeuge be­reits einem so starken Verschleiß unterliegen, daß sie ihre volle Zerkleinerungsarbeit nicht mehr erbringen kön­nen. Um dies zu vermeiden werden daher häufig Rollenbohr­werkzeuge frühzeitig ausgetauscht, was wiederum hohe Ko­sten verursacht und darüber hinaus den Betrieb erheblich belastet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, über die der jeweilige Zustand des Ringzahnes leicht ermittelt werden kann und die einen zeitgerechten Austausch der Rollenwerkzeuge sicherstellt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den die Rollenbohrwerkzeuge aufnehmenden Haltern Nähe­rungssensoren im vorgegebenen Abstand zur Außenfläche des Ringzahnes positioniert sind.
  • Näherungsschalter sind zwar grundsätzlich bekannt und werden als berührungs- und kontaktlos arbeitende Schalt­element für die Erzeugung eines Steuersignales bereits seit längerer Zeit eingesetzt. Sie dienen für die verschie­densten Aufgaben bei der Überwachung von Maschinen und arbeiten in der Regel so, daß durch die Annäherung eines Werkstückes oder eines bestimmten Teiles der zu überwa­chenden Maschine und dessen Eindringen in das hochfre­quente magnetische Feld des Näherungsschalters ein Sig­nal ausgelöst wird, das dann den Schaltvorgang oder Zähl­vorgang hervorruft. Dabei muß der vorgegebene Schaltab­stand jeweils genau eingehalten werden. Die nach der er­findungsgemäßen Lehre in den Haltern der Rollenbohrwerk­zeuge angeordneten Näherungssensoren sind nun so angeord­net und positioniert, daß sie den Zustand des Ringzahnes überprüfen und an eine Zentrale weitermelden können. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der oder die Näherungssensoren so ausgebildet sind, daß sie solange ein Signal geben, wie der Ringzahn sich jeweils in ih­rem aktiven Feld befindet. Entzieht er sich diesem mag­netischen Feld durch den entsprechend großen Verschleiß, so fällt das Signal aus und die Vortriebsmaschine wird beispielsweise automatich stillgesetzt. Eine andere Mög­lichkeit ist die, die Näherungssensoren so anzuordnen und ihren Schaltabstand so einzustellen, daß sie erst ein Signal geben, wenn der Ringzahn entsprechend weit abgenutzt ist. So kann auf zweckmäßige Art und Weise jeder oder auch jeweils eine Gruppe von Ringzähnen überwacht werden, um den Fahrer der Vortreibsmaschine rechtzeitig anzuzeigen, wenn einer oder eben eine Gruppe von Ringzähnen bzw. Rollenbohrwerkzeugen durch zu hohen Verschleiß ihre Arbeit nicht mehr vollständig erbringen. Die in den Haltern der Rollenbohrwerkzeuge angeordneten Näherungssensoren sind dabei so angeordnet, daß ihre aktive Schaltzone zu den Außenflächen des Ringzahnes verläuft, so daß kleinere Unebenheiten auf diesen Außenflächen den Überwachungsvorgang nicht beeinflussen können.
  • Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung sind in den Bockstandsflächen an dem Bohrkopf Näherungs­sensoren im vorgegebenen Abstand zum Ringzahn positioniert. Dadurch wird jeweils die Spitze des Ringzahnes überwacht, dessen Verschleiß besonderen Einfluß auf die Leistung des Rollenbohrwerkzeuges hat. Ist hier ein Verschleiß vorhanden, ist in der Regel immer das Auswechseln des Rollenbohrwerkzeuges zweckmäßig und notwendig. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn mehrere Näherungssensoren vorgesehen und den Haltern und der Bockstandfläche zuge­ordnet sind, so daß der Ringzahn bzw. das Rollenbohrwerkzeug insgesamt überwacht von Näherungssensoren die Möglichkeit, einen Vergleich mit einer Bezugskontur vorzunehmen und so durch Rechnerkopplung gezielte Aussagen über den Zu­stand des Ringzahnes zu machen.
  • Um einen Fehlalarm zu vermeiden, der beispielsweise da­durch auftritt, daß geringfügige Kerben oder ähnliches im Ringzahn vorhanden sind oder durch entsprechende Be­anspruchung erzeugt werden, können jeweils zwei oder meh­rere Näherungssensoren mit geringfügig unterschiedlichem Schaltabstand kombiniert im vorgegebenen Abstand zum Ring­zahn angeordnet werden. Nur wenn diese Näherungssensoren ansprechen, erfolgt die entsprechende Anzeige, während bei Ansprechen eines dieser Näherungssensoren eine solche Warnung nicht erfolgt, weil dann davon ausgegangen werden kann, daß ein die Wirksamkeit des Rollenbohrwerkzeuges nicht beeinflussende Beschädigung oder Abnutzung vorliegt.
  • Für den vorgesehenen Einsatzbereich besonders gut geeig­net sind Näherungssensoren, welche auf die magnetischen Eigenschaften der Ringzahnschneide reagieren. Derartige elektronische Befehlsgeber arbeiten nach den induktiven Abtastprinzip. Denkbar ista ber auch der Einsatz aller Arten von Sensoren, welche eine Abstandsmessung zur Ring­ zahnfläche ermöglichen.
  • Eine weitere Möglichkeit, kleine Fehler und Brüche an den Ringzähnen zu eliminieren bzw. deren Anzeige zu ver­meiden ist die, bei der erfindungsgemäß der Näherungs­sensor eine variable Ansprechzeit aufweisende ausgebil­det ist. Hier kann durch eine Vergrößerung der Ansprechzeit, die üblicherweise bei etwa 10 Millisekunden liegt erreicht werden, daß ein Ansprechen nur dann erfolgt bzw. eine Anzeige, wenn innerhalb der vorgegebenen Ansprechzeit keine Änderung eintritt, also ein entsprechend großer Schaden wirklich vorhanden ist.
  • Um eine gezielte Aussage über den Zustand eines Ringzah­nes auch in qualitativer Hinsicht geben zu können, ist es zweckmäßig, mehrere Näherungssensoren gestaffelt oder mit gestaffeltem Schaltabstand vorzusehen. Durch Abfrage der verschiedenen Sensoren nacheinander kann so sehr ge­nau der Zustand des Ringzahns abgefragt und durch bei­spielsweise Vergleich mit einer Bezugskontur festgestellt werden, wie weit der Verschleiß schon fortgeschritten ist.
  • Die Erfindung ist besonders durch die Vorteile gekenn­zeichent, eine im Verhältnis einfache und genaue Aussage über den jeweiligen Zustand des Ringzahnes zu ermögli­chen, so daß frühzeitig über die Weiterverwendung oder den Austausch von Rollenbohrwerkzeugen oder Gruppen von Rollenbohrwerkzeugen entschieden werden kann. Es ist damit ausgeschlossen, daß über längere Zeiten ein bereits feh­ lerhaftes Rollenbohrwerkzeug im Einsatz bleibt, das dann entweder zerstört, schwer beschädigt oder die Zerkleine­rungsarbeit behindert.
  • Die Erfindung wird nachfolgende anhande eines Ausführungs­beispieles näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rollenbohrwerkzeuges mit einem in der Bockstandsfläche angeordneten Näherungssensor,
    • Fig. 2 einen in den Halter integrierten Näherungssen­sor, und
    • Fig. 3 einen schematisch dargestellten Näherungsensor in perspektivischer Darstellung
  • Das auf einem Bohrkopf einer Vortriebsmaschine angeord­nete Rollenbohrwerkzeug 1 ist in den Fig. 1 und 2 nur schematisch angedeutet. Das eigentliche Rollenbohrwerk­zeug 1 ist in einem Halter 2 drehbar angeordnet, wobei die Halter 2 am eigentlichen Bohrkopf 3 befestigt sind. Mit 4 ist die Bockstandsfläche bezeichnet, in der nach Fig. 1 ein Näherungssensor 10 so angeordnet ist, daß der den Ringzahn 5 genau überwachen kann. Die Anordnung nach Fig. 1 und 2 zeigt einen, vorzugsweise die Spitze 7 des Ringzahnes 5 überwachenden Näherungssensor, wobei weitere Näherungssensoren auch zur Überwachung der gesamten Außen­fläche 6 angeordnet werden können.
  • Die einzelnen Näherungssensoren 10 sind über eine Zulei­tung 11 mit der Auswerteeinheit 14 verbunden, der sie ent­sprechende Signale aufgeben. Bei diesem Signal handelt es sich entweder um ein Dauersignal, solange der Näherungs­sensor 10 durch den Ringzahn 5 aktiviert wird oder aber um ein Signal, wenn der Verschleiß entsprechend hoch ist. Die einzelnen Näherungssensoren 10 können beispielsweise über ein Gewinde 12 verfügen und in eine entsprechende Bohrung entweder im Halter 2 oder der Bockstandsfläche 4 oder aber auch des Bohrkopfes 3 direkt eingedreht werden. Auf dem Gewinde sind Feststellschrauben 15, 16 verschieblich angeordnet, so daß eine genaue Fixierung des Näherungs­sensors 10 gut möglicht ist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Verschleisses an den Ringzähnen von Rollenbohrwerkzeugen, insbesondere an den Bohrköpfen von Vortriebsmaschinen im Berg- und Tunnelbau, dadurch gekennzeichnet, dass in den die Rollenbohrwerkzeu­ge (1) aufnehmenden Halter (2) Näherungssensoren (10) im vorgegebenen Abstand zur Aussenfläche (6) des Ringzahnes (5) positioniert sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, dass in den Bockstandsflächen (4) an dem Bohr­kopf (3) Näherungssensoren (10) im vorgegebenen Abstand zum Ringzahn (5) positioniert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Näherungssensoren (10) vorgesehen und den Haltern (2) und der Bockstands­fläche (4) zugeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherungssensoren (10) als in­duktive Näherungsschalter ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherungssensoren (10) so ausge­bildet sind,dass sie den Abstand zur Aussenfläche (6) des Ringzahnes (5) linear erfassen können.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherungssensoren (10) eine va­riable Ansprechzeit aufweisend ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Näherungssensoren (10), gestaffelt oder mit gestaffeltem Schaltabstand vorgesehen sind.
EP87630273A 1986-12-18 1987-12-17 Vorrichtung zur Ermittlung des Ringzahnverschleisses an Rollenbohrwerkzeugen Withdrawn EP0274342A1 (de)

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