DE10156448A1 - Förderkette für Kettenförderer - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Förderkette für Kettenförderer, vorzugsweise für den Einsatz im Bergbau, bei welcher Kette aus Kettengliedern 2 gebildete Kettenstränge 1 durch Kettenschlösser 3 verbunden sind. Zumindest an einzelnen oder allen Kettenschlössern 3 und/oder Kettengliedern 2 sind in gegenüber äußerem Steinschlag oder dergleichen geschützten Bereichen 311 jeweils energieversorgte, prozessorgesteuerte Mikrosysteme 4 zur Erfassung und/oder Überwachung von korrosionsrelevanten Einflußgrößen vorgesehen. Ein solches Mikrosystem umfaßt mindestens einen Mikrosensor 41 zur Feststellung und Messung der Einflußgrößen, einen Datenspeicher 45 zur Speicherung der umgewandelten Signale des Mikrosensors und eine Datenübermittlungseinrichtung 46. Die Datenübermittlungseinrichtung 46 korrespondiert mit einer externen Meßdatenauswertung.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Förderkette für Kettenförderer, vorzugsweise für den Einsatz im Bergbau, bei welcher Kette aus Kettengliedern gebildete Kettenstränge durch Kettenschlösser verbunden sind.
• Insbesondere Förderketten für Kettenförderer in der Art von sogenannten Kratzförderern unterliegen im Bergbau im Betrieb hohen Verschleißbeanspruchungen. Aufgrund der hohen Kettenlängen entstehen neben den statischen und dynamischen Zugbeanspruchungen und abrasiven Verschleißbeanspruchungen dieser Ketten Schwingungsbeanspruchungen. Es zeigt sich daher in der Praxis, daß Überbeanspruchungen und Verschleißerscheinungen, zu denen auch unter Umständen korrosive Beanspruchungen in entsprechenden Umgebungen hinzukommen können, häufig zu kostenintensiven Betriebsstillständen führen, beispielsweise bei einem Ketten- oder Schloßbruch.
• Zum Zwecke der Erhöhung der Effektivität durch Erhöhung der Leistungssicherung von Strebförderern ist es bereits versucht worden, neben der Erhöhung der Kettensicherheit, einzelne Maschinenelemente einer solchen Förderanlage zu überwachen und die Messung der Kettenkräfte über Dehnungsmeßstreifen durchzuführen. Dabei bestand der Wunsch, durch diese Messungen Störungsursachen aufgrund der gemessenen physikalischen Zusammenhänge zu erkennen. Die in bestimmten Probe- Meßdurchläufen an einem Kettenglied ermittelten Kettenkräfte über die Streblänge sollen dabei Widerstandsbeiwerte eines solchen Förderers ergeben. Im wesentlichen eignen sich solche Ergebnisse jedoch nur zur Auslegung und Planung von entsprechenden Fördereinrichtungen. Eine Störungsortung mit solchen Messungen erweist sich in der Praxis als wenig zuverlässig und geräteaufwendig. Im ständigen Förderbetrieb läßt sich eine solche Überwachungseinrichtung nicht einsetzen. (Aufsatz "Hochleistungsförderer in langen Streben - Auslegung und Betrieb", Zeitschrift Glückauf 133 von 1997 Nr. 12, Seiten 762-768).
• Bekannt sind auch Maschinendiagnosesysteme an Gewinnungsmaschinen und Fördermittel im Steinkohlenbergbau. In der Art von Frühdiagnosen ist eine vorausschauende Instandhaltung und dabei eine Inspektion in regelmäßigen Abständen durch Off-line-Meßsysteme (Datensammler) und die kontinuierliche Inspektion durch On-line-Meßsysteme (Diamis) vorgeschlagen worden. Bei dem Off-line-Meßsystem werden die Maschinenzustandsindikatoren routinemäßig mit einem mobilen Datensammler gemessen und die Daten in einem PC übertage gespeichert und ausgewertet. Über Körperschallsensoren werden Signale mit einem eigens hierfür entwickelten Meßwerterfassungsmodul aufgenommen und vorverarbeitet. Zur Aufnahme des Körperschalls wurden eigensichere, gekapselte Piezo- Beschleunigungssensoren auf der Grundlage eines Klopfsensors entwickelt, der dafür sowohl für elektrisch wie auch mechanisch an die Anforderung des Bergbaus angepaßt ist. Nicht mit diesen Methoden bzw. Verfahren können dabei überwacht werden die Kettenstränge bzw. die entsprechenden Kettenglieder und Kettenschlösser. Lediglich die Kettenspannung konnte mit solchen Verfahren überwacht werden, jedoch nicht der Zustand am einzelnen Kettenglied bzw. Kettenschloß. ("Diamis - ein Diagnosesystem für Maschinen im Strebbereich" Zeitschrift Glückauf 135 (1999) Nr. 6, Seiten 362-370).
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Bruchgefahr einzelner oder aller Bauteile einer Förderkette der eingangs genannten Art im Betrieb rechtzeitig und zuverlässig von außen sichtbar erkennbar zu machen.
• Gelöst wird die Erfindungsaufgabe mit einer Förderkette mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Durch die Anordnung von entsprechenden Mikrosystemen in einzelnen oder allen Schlössern und Gliedern einer Kette wird die Festigkeit des Bauteiles nicht beeinträchtigt. Es ist bei entsprechender Anordnung sichergestellt, daß äußere Einflüsse, wie Steinschlag, Reibung oder Schläge diese Überwachungseinrichtungen für korrosionsrelevante Einflußgrößen nicht beschädigen können. Es kann daher im Betrieb erfindungsgemäß festgestellt werden, daß mit Korrosionsschäden zu rechnen ist und gegebenenfalls auch, ob bereits Korrosion erfolgt ist.
• Um diese Korrosionseinflüsse und deren Auswirkungen in Form von zu erwartenden Spannungskorrosionsrissen bei der Überwachung erfassen zu können, wird vorgeschlagen, in den Trennebenen der Kettenschlösser, beispielsweise Vertikal-, Block- oder Horizontalschlösser, oder in den die zusammengefügten Schloßhälften sichernden Bolzen ein energieversorgtes Mikrosystem in einer zu der Umgebung offenen Vertiefung anzuordnen. Korrosionsrelevante Einflußgrößen können dabei pH-Werte einer feuchten Umgebung oder elektrische Leitwerte sein, die auch im Bereich der Trennspalte erfaßbar sind. Die Datenübermittlung erfolgt über eine außerhalb der Vertiefung anzuordnende Antenne, beispielsweise im Bereich nach außen vorstehender Verbindungsbolzen.
• Mikrosysteme der vorgesehenen Art haben außerordentlich kleine Abmessungen und lassen sich daher in entsprechenden Vertiefungen geringer Vertiefungshöhe unterbringen. Vorzugsweise werden die prozessorgesteuert gesammelten, gespeicherten und gegebenenfalls ausgewerteten Daten über eine Antenne entweder ständig oder in Zeitabständen zur externen Meßdatenauswertung gegeben. Auf der Oberfläche der Bauteile anbringbare, beispielsweise anklebbare Antennen wie sie bei Transpondersystemen bekannt sind, lassen sich verwenden.
• An Kettenschlössern sollen gemäß Anspruch 2 die Mikrosensoren in den sicherungsbolzen oder gemäß Anspruch 3 vorzugsweise in der Trennebene einer Schloßhälfte angeordnet werden, wobei die der Datenübertragung dienende Antenne außen anzubringen ist bzw. der Bolzen sein kann.
• Dem Datenspeicher kann mittels eines Mikroprozessors eine interne Datenauswertung zugeordnet werden, die ebenfalls für Mikrosysteme geeignet zum Stand der Technik gehört. Damit ist es auch möglich, die Datenauswertung anhand von eingegebenen Programmen vorzunehmen.
• Grundsätzlich können die verwendeten Mikrosysteme über Batterien versorgt werden. Im Falle der drahtlosen Datenübertragung bieten sich die Antennen zur induktiven Energieübertragung an. Der Einsatz von Energiegewinnungssystemen entsprechend Anspruch 10 ist möglich beispielsweise durch Nutzung der elastischen Verformungen der Kettenglieder über piezoelektrische Wandler.
• Übliche Selbstidentifikationen in Verbindung mit den vorgeschlagenen Mikrosystemen ermöglichen die Erfassung der einzelnen überwachten Bauteile, die im Betrieb von äußeren Meßdatenauswertungen nur jeweils kurzfristig erreichbar sind. Der entsprechende Informationsaustausch zur Übermittlung eines Fixcodes kann dabei passiv erfolgen entsprechend bekannten berührungslos arbeitenden Identsystemen.
• Anhand abgebildeter Ausführungsbeispiele von Bauteilen eines Stranges einer Förderkette wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 Einen Abschnitt eines Kettenstranges, bestehend aus mehreren Kettengliedern und einem Kettenschloß,
• Fig. 2 eine perspektivische Teildarstellung der unteren Hälfte des Kettenschlosses in Fig. 1,
• Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Sicherungsbolzens in Fig. 3 und
• Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 3.
• Der in Fig. 1 mit der Ziffer 1 bezeichnete Kettenstrang ist Teil einer horizontal im Betrieb angeordneten Kette. Die einzelnen ineinander greifenden Kettenglieder tragen die Ziffer 2. Der Kettenstrang 1 gemäß Fig. 1 umfaßt auch das zugehörige Kettenschloß 3 zur Verbindung mit einem weiteren Kettenstrang.
• Das dargestellte Schloß besteht aus einer unteren Schloßhälfte 31 und einer mit dieser formschlüssig verbundenen oberen Schloßhälfte 32. Zur Verriegelung der formschlüssig ineinander greifenden Schloßhälften dienen Bolzen 33. Der Trennspalt zwischen beiden Schloßhälften ist mit der Ziffer 34 bezeichnet.
• Geeignete Mikrosensoren 41 können beispielsweise direkt auf dem Grund einer Vertiefung 312 anzuordnende pH-Wert-Meßeinrichtungen, elektrische Leitwertfeststellungseinrichtungen oder auch entsprechende Einrichtungen sein, mit denen auftretende Korrosionsprodukte der Werkstoffe der Kettenschlösser registriert sind.
• Entsprechende analog oder digital umgewandelte Signale der Mikrosensoren 41 werden vorzugsweise prozessorgesteuert in einem Datenspeicher 45 gesammelt und gegebenenfalls ausgewertet und/oder programmüberwacht. Über eine entsprechende Datenübermittlungseinrichtung 46 kann die externe Meßdatenauswertung erfolgen, die die ständige oder zeitweise Überwachung des Kettenzustandes bzw. der überwachten Bauteile ermöglicht.
• Die über die Leitung 47 elektrisch mit dem Datenspeicher 45 verbundenen Mikrosensoren 41 sind zusammen als chipartige Einheit, die auch eine Trägerplatte 43 umfassen kann, in der Vertiefung 312 offen angeordnet. Solche prozessorgesteuerten Mikrosysteme 4 können über die mit der Ziffer 44 angedeutete Batterie elektrisch eigenversorgt sein. Es ist jedoch auch möglich, induktiv über eine außerhalb der Vertiefung anzuordnenden Antenne elektrische Energie dem System ständig oder in Zeitabständen zuzuführen. Eine elektrische Versorgung kann über entsprechend in den Kettengliedern bzw. Kettenschlössern eingefügte Elemente erfolgen, die ihre dafür notwendige Energie aus der elastischen Verformung dieser Bauteile beziehen.
• Vorzugsweise können die Mikrosysteme 4 entsprechend den Fig. 3 und 4 auch in einer Vertiefung 331 an Bolzen 33 angeordnet sein. Ein solcher Bolzen könnte auch als Nachrüstung bzw. Ersatz für die bisher vorhandenen Bolzen entsprechender Kettenschlösser sein. Der Bolzen sichert die Verbindung der zusammengefügten Schloßhälften. Sein herausragendes Ende kann die notwendige Antenne bilden.
• Mit solchen Mikrosystemen 4 lassen sich zwar nicht die momentanen Zustände der Bauteile einer Kette exakt erfassen. Es ist jedoch bekannt, daß bestimmte Umwelteinflüsse sogenannte Spannungs- oder Schwingungsrißkorrosion fördern, so daß unter solchen Umständen entsprechende Rißbildungen zu erwarten sind. Die Messung bzw. die Erfassung von pH- Werten in der Umgebung der Bauteile oder der Nachweis von Korrosionsprodukten, insbesondere an den Kettenschlössern im Bereich ihrer Trennebenen, kann Aufschluß über die zu erwartende Lebensdauer bzw. Beeinträchtigung der maximalen Zugbeanspruchungsbelastung der Bauteile geben.
• Die individuelle Abgleiche der Mikrosysteme und entsprechende Kalibrierungen sind insbesondere dann möglich und notwendig, wenn identische Mikrosysteme in unterschiedlichen Ketten eingesetzt werden können. Herstellungsgünstige Mikrosysteme gleicher Art und Größe können dann verwendet werden, wobei elektronische Abgleiche, Kalibrierungen und entsprechende Programmierungen der Prozessoren möglich und teilweise erforderlich sind.
• Notwendig ist es zur Erkennung der Bauteile in den Überwachungsphasen diesen Bauteilen vorzugsweise zusammen mit den Mikrosystemen Selbstidentifikationssysteme zuzuordnen, um jeweils die Bauteile ermitteln zu können, die gegebenenfalls ersetzt werden oder einer entsprechenden externen Überprüfung zugeführt werden müssen. Bezugszeichenliste 1 Kettenstrang
  2 Kettenglied
  3 Kettenschloß
  31 Schloßhälfte
  311 Trennebene
  312 Vertiefung
  32 Schloßhälfte
  33 Bolzen
  331 Vertiefung
  34 Trennspalt
  4 prozessorgesteuertes Mikrosystem
  41 Mikrosensor
  42 Trennschichtplatte
  43 Trägerplatte
  44 Batterie
  45 Datenspeicher und Prozessor
  46 Datenübermittlungseinrichtung, Antenne
  47 elektrische Verbindung
  

Claims (11)

1. Förderkette für Kettenförderer, vorzugsweise für den Einsatz im Bergbau, bei welcher Kette aus Kettengliedern gebildete Kettenstränge durch Kettenschlösser verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einzelnen oder allen Kettenschlössern (3) und/oder Kettengliedern (2) in gegenüber äußerem Steinschlag oder dergleichen geschützten Bereichen (311) jeweils ein energieversorgtes, prozessorgesteuertes Mikrosystem (4) zur Erfassung und/oder Überwachung von korrosionsrelevanten Einflußgrößen vorgesehen ist, wobei ein solches Mikrosystem mindestens einen Mikrosensor (41) zur Feststellung und Messung der Einflußgrößen, einen Datenspeicher (45) zur Speicherung der umgewandelten Signale des Mikrosensors (41) und eine Datenübermittlungseinrichtung (46) umfaßt, wobei die Datenübermittlungseinrichtung (46) mit einer externen Meßdatenauswertung korrespondiert.

2. Förderkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrosystem (4, 41) in einer nach außen offenen Vertiefung (331) eines die zusammengefügten Schloßhälften (31) eines Kettenschlosses (3) sichernden Bolzens (33) angeordnet ist.

3. Förderkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrosystem (4, 41) jeweils in einer nach außen offenen Vertiefung (312) im Bereich einer Trennebene (311) einer Schloßhälfte (1) angeordnet ist, wobei die Datenübermittlungseinrichtung eine Antenne ist, die außen liegend am Schloß (3) bzw. einer Kettenschloßhälfte (31) angeordnet ist.

4. Förderkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrosensor (41) eine pH-Wert-Meßeinrichtung darstellt, deren ermittelte Werte signalumgewandelt dem Datenspeicher (45) zugeführt werden.

5. Förderkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrosensor (41) eine elektrische Leitwertfeststellungseinrichtung für das am Kettenschloß (3) bzw. in dessen Trennspalt (34) auftretenden Umgebungsmediums ist, deren Meßwerte signalumgewandelt dem Datenspeicher (45) zugeführt werden.

6. Förderkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrosensor (41) auf Korrosionsprodukte des Kettenglied- bzw. Kettenschloßmaterials reagiert.

7. Förderkette nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Datenspeicher (45) eine interne Datenauswertung in Form eines Mikroprozessors zugeordnet ist.

8. Förderkette nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrosysteme (4) zur Selbstidentifikation mit Daten zur Bauteilkennung ausgestattet sind.

9. Förderkette nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Energiezufuhr zu den Mikrosystemen induktiv über die vorhandene Antenne (46) erfolgt.

10. Förderkette nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrosystem (4) mit einer elektrischen zugehörigen Batterie (44) versorgt ist.

11. Förderkette nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Versorgung über entsprechend in den Kettengliedern bzw. Kettenschlössern eingefügte Elemente erfolgt, die ihre dafür notwendige Energie aus der elastischen Verformung des Kettengliedes bzw. Kettenschlosses beziehen.