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Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung
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und/oder Steuerung von Antrieben von Fördergeräten, Förderanlagen
oder dergleichen, insbesondere im Tagebau und Haldenbetrieb.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung
und/oder Steuerung von Antrieben von Fördergeräten, Förderanlagen oder dergleichen,
insbesondere im Tagebau und Haldenbetrieb.
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Bei Fördergeräten im Tagebau und Haldenbetrieb ist es bekannt, die
Leistungsaufnahme von Antrieben unterschiedlicher Vorrichtungen zu messen und in
Abhängigkeit davon andere Antriebe bzw. deren Leistungsaufnahme zu steuern.
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So ist es bekannt für die Fahrantriebe von Baggern mehrere Motoren
vorzusehen. Nach Möglichkeit sollen alle Antriebsmotoren mit gleicher Belastung
fahren um die Oberlastung einzelner Antriebsmotore zu vermeiden. Dabei ist es bekannt,
die Leistungsaufnahme der Motoren einander anzugleichen.
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Auch ist is bekannt, die Leistungsaufnahme von Gruppen dieser Motoren
zu messen um damit die Leistungsaufnahme aller Motoren bzw. aller Gruppen von Motoren
zu steuern.
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Bei schwenkbaren Schaufelradbaggern ist es weiterhin bekannt, die
Stromaufnahme der Schaufelradantriebsmotoren zu messen und die dabei gewonnenen
Meßimpulse zu benutzen, den Schwenkantrieb und/oder den Vorschubantrieb des Schaufelradbaggers
zu steuern. Damit soll eine Überlastung des Schaufelrades und ggf. auch der nachfolgenden
Förderbänder vermieden werden.
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Die Messung der Stromaufnahme des Schaufelradantriebes dient auch
zu dem Zweck ein kontinuierliches Schneiden des Schaufelrades zu gewährleisten,
damit nicht nur dieser Antrieb, sondern auch die nachfolgende Förderanlage gleichmäßig
belastet wird und gleichmäßig arbeitet. So können mit dem von der Stromaufnahme
des Schaufelradantriebes abgeleiteten Meßimpulse der Schwenkantrieb des Schaufelradbaggers
gesteuert werden, so daß bei gleichmäßig umlaufenden Schaufelrad, der dieses Schaufelrad
tragende Oberbau so schnell geschwenkt wird, daß eine gleichmäßige Füllung der Schaufeln
gesichert ist.
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In gleicher Weise können auch die Meßimpulse zur Regelung des Fahrantriebes
des Schaufelradbaggers benutzt werden.
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Bei Eimerkettenbaggern ist es weiterhin bekannt, die Stromaufnahme
des Eimerkettenantriebes zu messen, um damit den Vorschub des Eimerkettenbaggers
so zu steuern, daß eine möglichst gleichbleibende Fördergutmenge auf die Förderbänder
abgegeben wird. Auch kann eine Überlastsicherung geschaffen werden, um den Betrieb
des Baggers zu überwachen und bei Störungen bzw. bei Uberfüllungen die Baggerantriebe
abzuschalten.
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Bei Bandanlagen ist es bekannt an einer oder mehreren Stellen Bandwaagen
einzuschalten, die die Belastung des Förderbandes an einer oder mehreren bestimmten
Stellen messen.
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Dies geschieht zu dem Zweck die Lastaufnahme des Bandes zu überwachen,
um beispielsweise eine Überfüllung oder eine ungenügende Füllung des Bandes festzustellen
und in Abhängigkeit davon andere Vorrichtungen zu steuern.
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So ist es weiterhin bekannt Bandanlagen von einer Warte zu überwachen.
Diese hat ein Uberwachungspult auf dem durch Lichtsignale oder dergleichen angezeigt
wird, ob die Antriebe mehrerer hintereinander liegenden Förderbänder eingeschaltet
sind. Dabei kann man auch kontrollieren, ob die Antriebstrommeln tatsächlich laufen
oder nicht. Das Überwachungspersonal kann aber nicht feststellen, ob die Gurte ordnungsgemäß
gespannt sind. Der Uberwacher kann auch nicht feststellen, ob Schäden in den Antrieben
vorhanden sind. Ein solcher Fehler in der Anlage kann durch den überwachen erst
festgestellt werden, wenn die Trommel sich nicht mehr dreht. Dann wird die ganze
Anlage über eine elektrische Verriegelungskette still gesetzt.
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Demzufolge ist es notwendig, daß im Bereich der Bandanlage fortlaufende
Kontrollgänge durch Überwachungspersonal durchgeführt werden. Aber auch diese Sichtkontrollen
sagen nichts über den tatsächlichen Zustand der Anlage, so z. B. nichts.
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darüber, ob Lager überlastet sind, ob ein beginnender Getriebeschaden
vorliegt oder dergleichen.
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Des weiteren ist es bekannt zur Sicherung der Standsicherheit eines
Fördergerätes die Lage des Schwerpunktes dessen Oberbau zu bestimmen. Dazu dienen
mehrere zusätzlich zwischen Oberbau und Unterbau zeitlich begrenzt einzubauende
hydraulische Abstützzylinder. Von Zeit zu Zeit werden diese hydraulischen Abstützzylinder
unter Druck gesetzt und damit der Oberbau geringfügig angehoben, so daß die Kugelbahn
des Drehlagers entlastet wird. Nunmehr kann aus der Differenz zwischen den einzelnen
gemessenen Drücken die Lage des Schwerpunktes am schwenkbaren Oberbau bestimmt werden.
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Damit kann die Standsicherheit des Gerätes nachgewiesen werden.
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Dieses Verfahren ist umständlich, weil jedesmal der Oberbau über die
Hubzylinder angehoben werden muß.
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In allen diesen Fällen werden Meßvorrichtungen eingesetzt z. B. Meßvorrichtungen,
die die Stromaufnahme von Antriebsmotoren messen, oder Meßvorrichtungen, die die
Belastung von Förderbändern messen etc.
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In allen Fällen erfolgt die Messung erst mit einer Verspätung, nämlich
z. B. dann, wenn in der jeweiligen Triebwerkskette die übermäßig aufzunehmende Kraft
bereits wirksam geworden ist und bis zum Antriebsmotor geleitet wurde.
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Das ist aber später, als der Zeitpunkt an dem der Widerstand beispielsweise
am Graborgan des Schaufelrades tatsächlich auftritt. Bei der Messung der Belastung
eines Förderbandes durch Bandwaagen wird beispielsweise weiterhin diese Belastung
erst gemessen, wenn in allen vorhergehenden Geräteteilen bereits eine Über- oder
Unterfüllung eingetreten ist, so z. B. am vorhergehenden Band, an der Übergabeschurre
etc.
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Bei einer indirekten Messung der Belastung besteht also die Gefahr,
daß die Meßwerte zu spät erfaßt werden, und zwar zu einem Zeitpunkt zu dem das Ereignis
nicht mehr rechtzeitig abgewendet werden kann und es kommt beispielsweise zu Uberlastungen
bzw. Schäden.
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Die Erfindung geht weiterhin aus von Einrichtungen zum Messen von
Kräften mit Hilfe von mindestens einem Wälzlager, dessen Außen- und/oder Innenring
mit mindestens zwei Dehnungsmeßstreifen versehen ist, die an verschiedenen Stellen
des Lagers angeordnet sind. Mit Hilfe dieser Meßstreifen können die Kräfte im Lager
gemessen werden, dafür werden die Widerstandsänderungen in den Dehnmeßstreifen erfaßt
und verstärkt und in geeigneter Weise angezeigt. Solche Vorrichtungen sind in der
DE-OS 2746937 sowie in der DE-PS 2911479 beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Überwachung und zur Steuerung von Antrieben von Fördergeräten zu schaffen, die
Meßsignale unmittelbar an der Stelle in Nähe der Krafteinleitung erfaßt. Bei Bandanlagen
besteht insbesondere die Aufgabe darin, in der weitläufigen Bandanlage feststellen
zu können, ob der Bandantrieb und die Umlenktrommeln ordnungsgemäß umlaufen und
ob das Band von den Antriebstrommeln ordnungsgemäß angetrieben wird.
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Die Erfindung erstrebt eine direkte Messung der eingeleiteten Kräfte
und Betriebsüberwachung der Triebwerks teile unabhängig von einer indirekten Messung
(Stromaufnahme etc.).
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Die Erfindung löst die gestellte Auf gabe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Kraftübertragung in den Wälzlagern
von Fördergeräten, Förderanlagen oder dergleichen unmittelbar gemessen bzw. überwacht
und unmittelbar zur Steuerung der Vorgänge in den Fördergeräten verwendet werden.
Verzögerte Messungen von Uberlastungen etc. werden vermieden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, und zwar zeigen Fig. 1 - einen Axialschnitt
durch ein Trommellager.
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Fig. 2 - eine schematische Darstellung des Antriebsschemas eines
Fördergutantriebes.
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Fig. 3 - einen Schnitt-in der Ebene A - A nach Fig. 1.
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Fig. 4 - eine Ansicht in Richtung des Pfeiles P auf Fig. 3.
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Fig. 5 - einen Schnitt in der Ebene B - B nach Fig. 4.
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Fig. 6 - eine schematische Darstellung der umlaufenden Teile eines
Schaufelradantriebes.
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Fig. 7 - das Schema eines Fahrantriebes für ein Raupenkettenfahrzeug
im axialen Schnitt.
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Fig. 8 - eine Aufsicht auf die Gesamtordnung eines Sechsraupenfahrwerks.
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Fig. 9 - die wesentlichen Teile eines Schwenkantriebes.
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Fig.10 - die allgemeine Aufsicht auf ein Schwenkantrieb dessen Einzelheit
in Fig. 9 dargestellt ist.
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Ein Fördergut 1 ist über eine Antriebstrommel 2 einer Spanntrommel
3 und einer Umlenktrommel 4 geführt. Auf dem anderen Ende läuft der Fördergurt 1
über eine Umlenktrommel 5.
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Die Antriebstrommel 2 ist fest verbunden mit der Antriebswelle 6.
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Der Antrieb ist im einzelnen nicht dargestellt. Die Antriebswelle
6 ist beidseitig in Lagern 7 und 8 abgestützt. Auf den Lagerzapfen 9 sind die Innenringe
10 aufgezogen, die die Wälzkörper 11 in ansich bekannter Weise tragen. Die Wälzkörper
11 laufen auf den Außenringen 12 ab. Auf der Außenseite der Außenringe 12 sinddünnwandige
Hülsen 13 festsitzend aufgesetzt. In die Oberfläche dieser Hülsen sind Ringnuten
14 eingelassen, in denen je nach der zu erwartenden Belastung Dehnmeßstreifen 15
eingelegt sind. Diese werden mit dem Außenring verbunden. Die Dehnmeßstreifen sind
in einer nicht dargestellten Anordnung elektrisch verdrahtet. Die Meßanordnung erfaßt
die Lagerbelastung an den Stellen, an denen die Dehnmeßstreifen angeordnet sind
im einzelnen. Dabei ist die Schaltung derart ausgebildet, daß bei einer normalen
Belastung des Lagers bestimmte Schwingungsamplituden aufgezeichnet werden.
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Wenn das LXager unregelmäßig belastet wird oder defekt ist, wird das
Lager in anderer Weise beansprucht, so daß sich diese Amplituden ändern. Daraus
kann man empirisch ermitteln, wie ein normal belastetes und normal arbeitendes Lager
in den Amplituden dargestellt wird. Aus den Abweichungen kann man auf unregelmäßige
Arbeitsweise des Lagers beispielsweise bei Änderung der Gurtspannung oder Lagerschaden
etc. schließen.
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Derartige Meßeinrichtungen können nicht nur in den Lagern der Antriebstrommeln
2 sondern auch in den Lagern der Spanntrommel 3 und der Umlenktrommeln 4 und 5 eingebaut
sein.
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Aus allen diesen Werten läßt sich dann feststellen, ob der Fördergurt
1 ordnungsgemäß umläuft, oder ob irgendwelche Störungen auftreten.
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Die Verwendung der Hülsen 13 hat den Vorteil, daß die Meßelemente
noch nachträglich auf fertig hergestellte Wälzlager aufgesetzt werden können, ohne
daß ein zusätzliches Einschleifen der Aufnahmerillen für die Dehnmeßstreifen oder
dergleichen notwendig ist.Die Hülse 13 kann durch in axialer Richtung liegende seitliche
Verschraubungen 16 mit dem Lagergehäuse bzw. Lagerdeckel verbunden sein, dadurch
wird ein Verdrehen der Hülse 13 aus der Lastrichtung verhindert, wodurch falsche
Meaergebnisse vorgetäuscht werden könnten.
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Mit einer derartigen Vorrichtung kann nicht nur der Betrieb überwacht
sondern auch eine Lastbegrenzung verbunden sein, in dem bei übermäßig starken Kräften
im Lager der Antrieb ausgeschaltet wird. Außerdem kann mit dieser Vorrichtung auch
die Gurtspannung bestimmt und überwacht werden, dazu wird die Meßeinrichtung in
die Lager der Spanntrommel 3 eingesetzt.
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Wenn außer der Antriebstrommel 2 auch andere Trommeln angetrieben
werden - was bei Förderbändern durchaus möglich ist -kann auch die Lastverteilung
der einzelnen Antriebe bestimmt werden. Dies kann dazu benutzt werden, bei einem
Mehrmotorenantrieb beim Ausfall einer Antriebstrommel auch die anderen zusätzlich
angetriebenen Trommeln stillzusetzen.
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In Fig. 6 ist das Schaufelrad 17 auf seinem Umfang mit mehreren Schaufeln
18 bestückt. Das Schaufelrad 17 ist fest mit der Schaufelradwelle 19 verbunden,
die in den beiden Lagern 20 und 21 gelagert ist. Die Schaufelradwelle 19 ist mit
dem Getriebe 22 verbunden, das sich bei 23 a gegen den Schaufelradausleger 23 des
Schaufelrades 17 abstützt. Zwischen dem Getriebe 22 und dem Antriebsmotor 25 ist
eine Uberlastkupplung 24 eingebaut.
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Die Lager 20 und 21 sind grundsätzlich in gleicher Weise, wie diejenigen
nach Fig. 1 ausgebildet. Die Schaufelradwelle 19 ist mit dem Innenring 10 verbunden,
der die Wälzkörper 11 trägt. Der Außenring 12, der am Schaufelradausleger 23 befestigt
ist, trägt wie bei der Ausführung nach Fig. 1, eine aufgesetzte Hülse 13, die durch
eine Verschraubung 16 mit dem Gehäuse befestigt und damit gegen Verdrehen gesichert
ist. An der Hülse 13 sind Dehnmeßstreifen 15 nach Fig. 4 und Fig. 5 angeordnet.
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Die auf den Schaufelradmesserkreis bezogene Grabkraft FH wirkt in
Umfangsrichtung des Schaufelrades 17 und steht senkrecht zur Schaufelradwelle 19.
Der Fördergutabbau erfolgt außer durch Rotation des Schaufelrades 17 durch eine
Schwenkbewegung des nicht dargestellten schwenkbaren Oberbaues. In Fig. 6 ist schematisch
die Seitenkraft FV eingezeichnet.
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Diese Kräfte einerseits und das Eigengewicht des Schaufelrades sowie
seines Antriebes andererseits erzeugen in den Lagern 20 und 21 Belastungen, die
durch die Pfeile A und B veranschaulicht sind.
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Da das Scbaufelrad 17 mit einer Vielzahl Schaufeln 18 bestückt ist,
verändert sich die Grabkraft FH frequenzgleich mit dem zeitlichen Umlauf bzw. dem
Eingriff der Schaufeln 18 in das Fördergut.-Diese Eingriffsverhältnisse werden von
den Meßgeräten wiedergegeben, die an die Dehnmeßstreifen der Lager 20 und 21 angeschlosse
sind.
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Bisher hat man die Grabkraft bzw. die Grabbeanspruchung des Schaufelrades
über die Stromaufnahme des Antriebsmotors 25 erfaßt. Diese Erfassung erfolgt jedoch
einmal zeitverzögert zum anderen in der Größe verzerrt, je nach dem Schwingungsverhalte
des Antriebssystems und des Geräteoberbaues. Die bisher bekannte Messung der Schaufelradbelastung,
die zur Überwachung bzw.
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Steuerung des Gerätes herangezogen wird, ist mit Fehlern behaftet.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden die auftretenden Kräfte
nahezu unmittelbar an Stelle der Krafteinleitung erfaßt und gemessen. Diese Kräfte
sind nicht verfälscht.
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Die Steuerung des Schaufelradantriebes bzw. seiner Schwenkbewegung
kann genauer als bisher bestimmt werden.
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Diese Verhältnisse seien an dem Beispiel des Auftreffens des Schaufelrades
an einem hohen Widerstand geschildert, wie es z. B. beim Auftreffen auf einen Stein
geschieht.
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In diesem Falle tritt an den Schaufeln 18 eine Stoßbelastung auf,
die bei den bisher bekannten Meßverfahren erheblich abgemindert, erst bis zur Überlastkupplung
24 durchläuft und dort zu einer Abschaltung führt. Das kann so spät eintreten, daß
mittlerweile bereits die vor der Überlastkupplung 24 liegenden Triebwerksteile Schaden
genommen haben. Auf alle Fälle ist die bei der Überlastkupplung 24 gemessene Kraft
wesentlich geringer, als die in den Lagern A und B erfaßten Stoßkräfte.
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Diese in den Lagern 20 und 21 erfaßten Kräfte können nun zur Steuerung
aller möglichen Vorgänge und auch zur Uberwachung der Arbeitsweise des Gerätes verwendet
werden, so z. B. zur Steuerung der Schwenkbewegung oder zur Abschaltung der Antriebe
bei Überlastung.
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In Fig. 7 und 8 sind drei Fahrwerksgruppen 26, 27 und 28 einer ansich
bekannten Dreipunktabstützung schematisch dargestellt. Die Schwingen sind nur in
Fig. 7, die eine Einzelheit zeigt, angedeutet. Die Dreipunktabstützung ist in dem
Dreieck 29 erkennbar.
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Jedes Fahrwerk der Fahrwerksgruppen 26, 27 und 28 ist über einen eigenen
Antriebsmotor 30 und ein eigenes Getriebe 31 angetrieben. Wie Fig. 8 erkennen läßt,
sind sechs Antriebseinheiten vorhanden.
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In Fig. 7 ist eine Antriebseinheit und zwar der vordere Umlenkpunkt
einer Raupenkette dargestellt und die auf die Kettenglieder 34 wirkende Vortriebskraft
F(3) der Raupenkette, bei der der Antriebsmotor 30 über ein Getriebe 31 die Turaswelle
32 des jeweiligen Antriebes antreibt. Auf der Antriebswelle 32 sitzt ein Polygonrad
33, das in die Kettenglieder 34 der Bodenplatten eingreift und die Vortriebskraft
F(3) erzeugt.
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Diese Vortriebskraft belastet die beiden Lager C und D, die in gleicher
Weise wie die Lager nach Fig. 1 ausgebildet und mit Dehnmeßstreifen versehen sind.
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Die Lager C und D werden in entgegengesetzter Richtung zur Kraft F(3)
belastet. Mit den Dehnmeßstreifen 15 nach Fig. 4 und Fig. 5 kann die Lagerkraft
in den beiden Lagern gemessen werden.
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Die Stromkreise der einzelnen Antriebsmotoren des in Fig. 8 dargestellten
Fahrwerkes sind beispielsweise in 2 Gruppen 35 und 36 zusammengefaßt. Mit Hilfe
der in den Lagern C und D angeordneten Dehnmeßstreifen können die in jedem Triebrad
auftretenden Kettenkräfte unmittelbar erfaßt werden, diese Kräfte können als Meßsignale
dienen, um eine gleichmäßige Lastverteilung in den Gruppenschaltungen 35 und 36
zu erzielen.
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Andererseits können die in den Lagern C und D gemessenen Reaktionskräfte
Uberlastungen anzeigen, um bei einer Überlastung das Fahrwerk abzuschalten. Die
Messungen an den Lagern C und D zeigen auch an, ob die Lager normal belastet sind
oder ob in Folge von Betriebsstörung Überlastungen in den Lagern auftreten. Derart
können die Lager und die folgenden Triebwerksteile fortlaufend auf normales Betriebsverhalten
überwacht werden. Wenn irgendwelche Störungen auftreten, ist sofort erkennbar, an
welchem Antrieb diese Störungen vorliegen.
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In Fig. 9 und 10 ist das Oberbau-Schwenkwerk eines Fördergerätes dargestellt.
Das Fördergerät ist in ansich bekannter Weise auf drei Fahrwerksgruppen 37 abgestützt.
Die Abstützung ist im einzelnen nicht dargestellt.
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Der Unterbau 38 des Fördergerätes trägt das Schwenklager 39, das aus
zwei kreisförmigen Laufbahnen 40 und 41 besteht, in denen eine Vielzahl Stahlkugeln
42 abrollen.
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Die untere Laufbahn 40 ist fest mit dem Unterbau 38, die obere Laufbahn
41 ist fest mit der Drehscheibe 43 des Oberbaues verbunden. Das Schwenklager 39
ist beidseitig der Laufbahnen 40 und 41 mit einer Abdichtung 44 versehen. Zum Antrieb
des Oberbaues dient ein Zahnkranz 45, der fest mit der Drehscheibe 43 verbunden
ist.
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Mit dem Zahnkranz 45 kämen ein oder mehrere Antriebsritzel 46, die
auf der Antriebswelle eines oder mehrerer Schwenkwerke 47 sitzen. Die untere Kugellaufbahn
40 überträgt am gesamten Kreisumfang die Sttzlasten auf den Unterbau 38.
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Auf der Unterseite der unteren Laufbahn 40 sind in Meßplatten 48 untergebrachte
Meßstreifen 49 angeordnet, die an beliebig vielen Stellen der Laufbahn 40, die vom
Oberbau auf den Unterbau übertragenen Druckkräfte mit der nicht dargestellten Meßvorrichtung
erfassen. Die Meßstreifen 49 können zu Gruppen zusammengefaßt werden, um die Durchführung
des Meßverfahrens zu erleichtern.
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In Fig. 10 ist eine Ausführungsform angedeutet, bei der insgesamt
vier Meßstreifengruppen 50, 51, 52, 53 gebildet sind.
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Aus den in diesen Meßstreifengruppen gemessenen Druckkräften kann
mit Hilfe eines Rechners die Lage des Schwerpunktes des Oberbaues bestimmt werden.
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Wenn dieser Schwerpunkt innerhalb des zulässigen Bereiches im Unterbau
liegt, arbeitet das Gerät norm,. Wenn der Schwerpunkt aus diesem Bereich heraus
wandert, wird einmal diese Abwanderung des Schwerpunktes bestimmt. Diese Abwanderungen
können aber auch weiterhin gleich zur Steuerung von Gegenbewegungen im Oberbau oder
im Graborgan oder in sonstigen Geräteteilen dienen, um den Schwerpunkt wieder in
den normalen Bereich hinein wandern zu lassen. Wenn die Schwerpunktabweichungen
nicht in das normale Maß zurückzuführen sind, kann das Gerät abgeschaltet werden.
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