DE102012016004B4

DE102012016004B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Anwesenheit von steinbrechenden Werkzeugen an Erdbewegungsmaschinen

Info

Publication number: DE102012016004B4
Application number: DE102012016004.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Egger; Brian Robertson
Original assignee: Identec Solutions AG
Current assignee: Identec Solutions AG
Priority date: 2012-08-11
Filing date: 2012-08-11
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2032-08-12
Also published as: EP2938789A1; AU2013304355A1; US20150284935A1; AU2013304355B2; DE102012016004A1; ZA201500366B; WO2014026742A1; CL2015000306A1; CA2880927A1

Abstract

Verfahren zur Erfassung der Anwesenheit von steinbrechenden Werkzeugen an Erdbewegungsmaschinen, wobei im Werkzeug (3, 4) mindestens ein RFID-Tag (5) angeordnet ist, der eine mindestens periodische Funkkommunikation (7) mit einem Reader (11) ausführt, bei deren Unterbrechung und/oder Wegfall eine Alarmmeldung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Werkzeug (3, 4) ein Beschleunigungssensor (6) angeordnet ist, der über die Funk Kommunikation des RFID-Tags (5) seine Beschleunigungswerte an den Reader (11) überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Anwesenheit von Werkzeugen an Erdbewegungsmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruchs 7.
Unter dem Begriff Erdbewegungsmaschinen werden eine Vielzahl von Maschinen verstanden, die steinbrechende, erdaufnehmende und geröllaufnehmende Werkzeuge aufweisen.
Unter diesem Begriff werden vor allem Löffelbagger, Schaufelbagger, Seilbagger oder Planierraupen verstanden, die als Werkzeuge stets mit Zähnen bewehrte Schaufeln oder andere Aufnahmewerkzeuge tragen.
Ebenso wird unter dem Begriff der Erdbewegungsmaschine auch Untertage-Bergbaumaschinen verstanden, wie z. B. Schrämmmaschinen oder auch Tunnelbohrmaschinen und dergleichen mehr.
Bei derartigen Maschinen, die zur Aufnahme von Gestein, Geröll oder zum Herausbrechen von Gestein oder Geröll aus Felsmassen bestimmt sind, besteht das Problem, dass die hierfür verwendeten Brechwerkzeuge, insbesondere die Zähne auswechselbar sind und einem hohen Verschleiß unterworfen sind.
Es kann deshalb während der Arbeit vorkommen, dass ein solcher Zahn aus seiner Halterung bricht oder die Halterung selbst abbricht, was mit dem Nachteil verbunden ist, dass der in der Regel aus Metall bestehende Zahn zusammen mit dem abgebauten Geröll weggeschafft wird. Damit besteht aber der Nachteil, dass wenn das fortgeschaffte Geröll einer Brech- oder Zerkleinerungsmaschine zugeführt wird, der dort mitgeführte Werkzeugzahn in das Brech- oder Zerkleinerungswerk der Maschine gerät und zu schweren Schäden an den Brech- oder Zerkleinerungswerkzeugen führt.
Bezogen auf die Anwendung eines Baggers, bei dessen Baggerschaufel ein Zahn herausgebrochen ist, wurde das Problem bisher nur durch visuelle Betrachtung des gebrochenen Gutes gelöst. Es ist bekannt, dass der Bagger das heraus gebrochene Material auf einen Schaufellader fördert und der Schaufellader selbst das aufgeladene Material direkt in einen Zerkleinerungsbrecher bringt. Gerade bei einer solchen Arbeitsweise ist es praktisch nicht mehr möglich, einen abgebrochenen Baggerzahn zu verfolgen und zu entdecken.
Die US 2012 0 098 654 A1 offenbart ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Erfassung der Anwesenheit von steinbrechenden Werkzeugen an Erdbewegungsmaschinen. Im Werkzeug ist mindestens ein RFID-Tag angeordnet, der eine mindestens periodische Funkkommunikation mit einem Reader ausführt, bei deren Unterbrechung und/oder Wegfall eine Alarmmeldung erzeugt wird.
Die DE 10 2007 045 846 A1 offenbart eine landwirtschaftliche Maschine mit einer Hubvorrichtung, deren Position bzw. Positionsänderung mittels Beschleunigungssensoren erfasst wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anwesenheit von abgebrochenen oder vereinzelten Werkzeugen bei Erdbewegungsmaschinen der eingangs genannten Art so zu kontrollieren, dass mit einfachen Mitteln eine Funktionsunfähigkeit oder gar eine Entfernung eines Werkzeuges an einer Erdbewegungsmaschine entdeckt werden kann.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 bzw. des Anspruchs 7 gekennzeichnet.
Merkmal der Erfindung ist, dass im Erdbewegungswerkzeug, z. B. dem Baggerzahn, mindestens ein RFID-Tag und zusätzlich ein Beschleunigungssensor angeordnet ist.
Der RFID-Tag ist mit dem zu überwachenden Werkzeug verbunden. Eine einfache Verbindung ergibt sich daraus, dass der RFID-Tag in einen geeigneten Hohlraum des zu überwachenden Werkzeugs eingebaut ist und daher von den abgebrochenen Geröllmassen geschützt ist. Er soll also außerhalb des Arbeitsbereiches des Werkzeuges in dieses Werkzeug geschützt eingebaut sein.
Wenn z. B. ein Bagger eine Anzahl von z. B. 15 Baggerzähnen an seiner Schaufel aufweist, so ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass jeder Zahn ein individuellen RFID-Tag trägt oder dass dieser RFID-Tag im Zahn eingebaut ist und durch diese individuelle Kennung des RFID-Tags kann sogar festgestellt werden, welcher Zahn an dem Bagger ausgebrochen und mit dem ausgebrochenen Gestein entfernt wurde.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass nicht nur die Erdbewegungswerkzeuge überwacht werden, sondern auch noch die übrigen Funktionsteile des Erdbewegungsapparates der Erdbewegungsmaschine, insbesondere die Seitenwand der Baggerschaufel oder auch andere Funktionsteile, die zum Erdbewegungswerkzeug gehören.
Im letzteren Fall ist dann z. B. auch die Seitenwand auswechselbar ausgebildet. Demnach ist auch an der linken und rechten Seitenwand jeweils ein RFID-Tag angeordnet.
Wichtig bei der Erfindung ist, dass die Überwachung der Anwesenheit oder Entfernung des Baggerzahns an der Erdbewegungsmaschine selbst stattfindet, d. h. an der Erdbewegungsmaschine ist ein Reader angeordnet, der über ein oder mehrere geeignete Antennen die Funkkommunikation mit dem RFID-Tag im Erdbewegungswerkzeug aufrecht erhält.
Damit kann in der Arbeitskabine der Erdbewegungsmaschine sofort angezeigt werden, wenn ein Erdbewegungswerkzeug oder ein Teil des Erdbewegungswerkzeuges, wie z. B. die Seitenwand der Baggerschaufel, der Baggerzahn oder andere Funktionsteile beschädigt oder entfernt wurden.
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass die Anwesenheit oder die Funktionsfähigkeit des Erdbewegungswerkzeuges selbst überprüft wird, wie z. B. der Baggerzahn oder die Seitenwand des Erdbewegungswerkzeuges, sondern darüber hinaus auch noch die Funktionsfähigkeit der Adapterplatte, die zur mechanischen Verbindung zwischen dem Baggerzahn und der Erdbewegungsschaufel dient.
Auch wenn die Adapterplatte beschädigt wird, indem beispielsweise der Baggerzahn einen Bruch in der Adapterplatte verursacht hat, wird dies von dem RFID-Tag im Baggerzahn erkannt und an das Erdbewegungsfahrzeug gemeldet. Es kann in einer anderen Ausführung auch der Adapterplatte ein eigener RFID-Tag zugeordnet werden, der einen Bruch oder eine andere Beschädigung der Halterung des Baggerzahns meldet.
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass der Reader im Erdbewegungsfahrzeug selbst angeordnet ist. Er kann auch in einer entfernten Zentrale angeordnet sein, dies vor allem dann, wenn es sich um ferngesteuerte Werkzeuge handelt, bei denen keine Überwachung mehr im Erdbewegungsfahrzeug selbst mehr stattfindet. Es handelt sich demnach um mannlos betriebene Erdbewegungsmaschinen, die nur noch in einer Zentrale überwacht werden.
Ebenso ist in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zwar in der Kabine der Erdbewegungsmaschine das Display für die Anzeige der Funktionsunfähigkeit eines der Erdbewegungswerkzeuge angeordnet ist, dass aber auch eine Funkkommunikation mit einer entfernt liegenden stationären Zentrale vorgesehen ist, in der eine zusätzliche Anzeige erfolgt.
Eine solche Funkkommunikation kann über eine WLAN-Antenne vom Erdbewegungsfahrzeug zu einer entfernt angeordneten Zentrale erfolgen.
Der Beschleunigungssensor ist mit dem RFID-Tag elektrisch verbunden, so dass die vom Beschleunigungssensor erfassten Messwerte über die Funkkommunikation des RFID-Tags mit dem Reader an den Reader übertragen und dort überwacht werden.
Mit der Anordnung von mindestens einem Beschleunigungssensor in einem Erdbewegungswerkzeug, z. B. einem Baggerzahn, einer Seitenwand einer Planierraupe oder dergleichen mehr, wird der wesentliche Vorteil erzielt, dass nunmehr die Arbeitsweise des noch in Funktion befindlichen Baggerzahns oder des Erdbewegungswerkzeuges erfasst werden kann. Durch die Aufnahme der Beschleunigungszyklen und deren Registrierung können die Anzahl der Beschleunigungszyklen festgestellt werden, um sicherzustellen, dass z. B. nach einer Anzahl von Beschleunigungszyklen von z. B. 5000 oder 10000 darauf geschlossen werden kann, dass das Erdbewegungswerkzeug, z. B. der Baggerzahn, ausgetauscht werden muss. Es können also Verschleißaussagen über die Art der Beschleunigungszyklen getroffen werden.
Veränderte Beschleunigungswerte können auf eine beschädigte Halterung oder einen gebrochenen Zahn hinweisen, ohne dass der Zahn aus der Halterung bereits entfernt ist und mit dem ausgebrochenen Material verschwindet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es nunmehr auch möglich, einen abgebrochenen Baggerzahn festzustellen, auch wenn sich dieser noch in der Funkreichweite des Readers befindet. In diesem Fall würde zwar der Reader noch die Funkkommunikation mit dem abgebrochenen Baggerzahn aufrecht erhalten, aber der Beschleunigungssensor zeigt eine Null-Beschleunigung, auch während der Arbeitszeit des Erdbewegungsfahrzeuges an, so dass damit eine Aussage getroffen wird, dass das Erdbewegungswerkzeug nunmehr funktionslos ist und eine entsprechende Alarmmeldung an die Zentrale oder an den Display im Erdbewegungsfahrzeug abgegeben wird. Damit ist eine Frühwarnung möglich.
Die Erfindung geht demnach über die bloße RFID-Überwachung eines Erdbewegungswerkzeuges hinaus, in dem zusätzlich vorgesehen ist, dass mindestens ein Beschleunigungssensor in mindestens einem Teil des Erdbewegungswerkzeuges angeordnet ist, um so auch bei einem funktionslosen Erdbewegungswerkzeug dessen Funktionslosigkeit nachweisen zu können. Dies war mit einer bloßen RFID-Anwesenheitsüberwachung nicht möglich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
1: schematisiert eine Erdbewegungsmaschine in Gestalt eines Schaufelbaggers
2: ein Beschleunigungs-Zeitdiagramm
In 1 ist allgemein eine Erdbewegungsmaschine 1 in der Form eines Schaufelbaggers dargestellt, der im Wesentlichen aus einer Kabine 9 besteht und einem Fahrgestell, an dem schwenkbar ein Baggerarm 2 angeordnet ist, an dessen vorderen freien Ende eine Schaufel 3 mit einer Anzahl von zu überwachenden Baggerzähnen 4 angeordnet ist.
Jeweils ein RFID-Tag 5 ist bevorzugt in jedem der Baggerzähne angeordnet. Der Baggerzahn 4 ist über eine Adapterplatte 15 mit der Schaufel 3 verbunden. Im RFID-Tag 5 ist jeweils eine permanente Batterie-Stromversorgung vorhanden, so dass auf zusätzliche Leitungen vom Baggerarm zur Schaufel 3 verzichtet werden kann. Die Adapterplatte 15 dient zur mechanischen Verbindung zwischen dem Baggerzahn 4 und der Adapterplatte 15, die an der Schaufel 3 angeordnet ist.
Jeder Baggerzahn 4 hält über den eingebauten RFID-Tag 5 eine Funkkommunikation 7 mit einer Antenne 8 am Bagger aufrecht, die Teil eines Readers 11 ist, der im Innenraum der Kabine 9 angeordnet ist und der mit einem PC 12 und einem Display 10 zusammenwirkt.
Sobald ein Baggerzahn 4 aus der Adapterplatte 15 ausbricht und die Funkkommunikation 7 mit dem Reader 11 unterbrochen wird, wird eine Alarmmeldung am Display 10 erzeugt.
Nun kann es jedoch vorkommen, dass der Baggerzahn 4 zwar noch mit seiner Funkkommunikation 7 am Reader 11 angemeldet bleibt, aber dass der Baggerzahn selbst nicht mehr funktionsfähig ist. Hier greift das weitere Erfindungsmerkmal ein, das vorsieht, dass zusätzlich zu dem RFID-Tag 5 noch ein Beschleunigungssensor 6 im Baggerzahn 4 angeordnet ist. Der Beschleunigungssensor kann direkt mit dem RFID-Tag verbunden sein oder mit diesem in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut sein.
Die Überprüfung des Beschleunigungsdiagramms, welches von dem Beschleunigungssensor 6 aufgenommen wird und über die Funkkommunikation 7 an den PC 12 geleitet wird, ermöglicht die Kontrolle der Funktionsfähigkeit eines Baggerzahns 4.
Dies ergibt sich aus dem Diagramm nach 2.
In 2 sind zwei Beschleunigungsdiagramme 13 und 14 von zwei verschiedenen Baggerzähnen aufgezeichnet. Sie stimmen mit ihren Beschleunigungs- und Abbremsspitzen überein, weil es sich beim normalen Betrieb der Erdbewegungsmaschine mit der Schaufel 3 um periodische Erdbewegungen handelt, so dass von der Ruhezeit t0 ausgehend zyklische Bearbeitungsvorgänge t₁, t₂, t₃ und t₄ stattfinden.
Die Anzahl der Zyklen, die durch die Zeitabstände t₁–t₄ definiert werden, werden gezählt. Bei Ablauf einer bestimmten Zykluszahl von z. B. 5000 oder 10000 Zyklen wird eine Nachricht ausgegeben, dass der Baggerzahn wegen Verschleißes ausgetauscht werden müsste.
Wenn nun zum Zeitpunkt t₄ der Baggerzahn 2 abbricht, was im Diagramm 14 zu einem Verlust der Beschleunigung zum Zeitpunkt t₅ führt, ist damit eine eindeutige Aussage getroffen, dass der abgebrochene Baggerzahn 4 nicht mehr an der Schaufel 3 hängt und nicht mehr am Bearbeitungsvorgang teilnimmt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist neben dem Beschleunigungssensor im Baggerzahn oder in dem anderen Erdbewegungswerkzeug noch ein zusätzlicher Temperatursensor angeordnet, der seine Temperaturwerte ebenfalls über die Funkkommunikation 7 an den Reader weiterleitet und wobei die Temperatur überwacht wird.
Bezugszeichenliste

1: Erdbewegungsmaschine
2: Baggerarten
3: Schaufel
4: Baggerzahn
5: RFID-Tag
6: Beschleunigungssensor
7: Funkkommunikation
8: Antenne
9: Kabine
10: Display
11: Reader
12: PC
13: Diagramm Zahn 1
14: Diagramm Zahn 2
15: Adapterplatte

Claims

Verfahren zur Erfassung der Anwesenheit von steinbrechenden Werkzeugen an Erdbewegungsmaschinen, wobei im Werkzeug (3, 4) mindestens ein RFID-Tag (5) angeordnet ist, der eine mindestens periodische Funkkommunikation (7) mit einem Reader (11) ausführt, bei deren Unterbrechung und/oder Wegfall eine Alarmmeldung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Werkzeug (3, 4) ein Beschleunigungssensor (6) angeordnet ist, der über die Funk Kommunikation des RFID-Tags (5) seine Beschleunigungswerte an den Reader (11) überträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch in der Adapterplatte (15) zur Halterung des Werkzeuges (3, 4) ein RFID-Tag mit einer Funkkommunikation (7) zu einem Reader (11) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reader (11) in der Erdbewegungsmaschine (1) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Auswertung der Beschleunigungswerte des Beschleunigungssensors (6) die Anzahl der Arbeitszyklen erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Auswertung der Beschleunigungswerte des Beschleunigungssensors (6) die Anwesenheit des Werkzeugs an der Erdbewegungsmaschine (1) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Auswertung der Beschleunigungswerte des Beschleunigungssensors (6) die Funktionsfähigkeit des Werkzeugs an der Erdbewegungsmaschine (1) erfasst wird.
Vorrichtung zur Erfassung der Anwesenheit von steinbrechenden Werkzeugen an Erdbewegungsmaschinen zur Erfassung der Funktion und/oder Anwesenheit von steinbrechenden Werkzeugen an Erdbewegungsmaschinen, wobei im Werkzeug (3, 4) mindestens ein RFID-Tag (5) angeordnet ist, der eine mindestens periodische Funkkommunikation (7) mit einem Reader (11) ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Werkzeug (3, 4) ein Beschleunigungssensor (6) angeordnet ist, der über die Funkkommunikation des RFID-Tags (5) seine Beschleunigungswerte an den Reader (11) überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor zur Überwachung der Temperatur im Werkzeug (3, 4) angeordnet ist der seine Temperaturwerte ebenfalls über die Funkkommunikation (7) überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 7 zur Ausführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reader (11) an oder in der Erdbewegungsmaschine (1) angeordnet ist und dass in der Kabine (9) der Erdbewegungsmaschine (1) mindestens ein PC (12) und ein Display (10) zur Ausgabe der Alarmmeldung angeordnet sind.