DE3530160A1 - Manometer mit bourdon-feder und hallgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Manometer mit Umsetzung der Druckbewegung der in einem geschlossenen Gehäuse untergebrachten Bourdon-Feder über ein als als Ferngeber dienendes Hallelement mit einem Permanent-Magenten als Erreger, die der Bourdon-Feder zugeordnet sind.

Derartige Manometer werden im untertägigen Bergbau eingesetzt, um die Betriebsmittel, insbesondere den hydraulischen Strebausbau kontinuierlich überwachen zu können. Dabei geht es insbesondere darum, den Druck in den Arbeitszylindern durch einfache Manometer zu überwachen. Diese Manometer müssen kleinbauend, zuverlässig, robust und leicht auswechselbar sind. Bekannt sind hierzu sogenannte Federmanometer mit Bourdon-Feder, deren proportionale Drehbewegung über ein Zeigerwerk auf einen Ausschlag von ca. 270 Grad übersetzt wird. Diese Überwachung ist zwar vorteilhaft genau, erfordert aber, daß sich Personen jeweils in der Nähe des Manometers aufhalten, um die jeweiligen Werte ablesen zu können. Gerade im untertägigen Bergbau, wo im Bereich des Strebes die Arbeitsdichte immer weiter verringert wird, ist daher eine solche Überwachung zu personalintensiv, ganz davon abgesehen, daß die Genauigkeit der Meßergebnisse von der Genauigkeit der Ablesung abhängt. Schließlich kommt hinzu, daß kleinste Werte wirklich nur bei genauer Überwachung zu ermitteln sind, die aber häufig aufgetretene Schäden im Anfangsstadium andeuten. Insofern wäre es wesentlich vorteilhafter, wenn die Überwachung automatisiert werden könnte, d. h. wenn die von den Manometern ermittelten Werte automatisch einer zentralen Stelle, beispielsweise dem Strebsteuerstand oder der Revierwarte zugeführt würden.

Aus dem übertägigen Bereich ist es bekannt, Hallgeneratoren im Zusammenhang mit Manometern mit Bourdon-Federn einzusetzen, die zusammen mit einem Permanent-Magneten ein Magnetfeld erzeugen, das bei sich änderndem Ausschlag der Bourdon-Feder zu Verstimmungen führt, die umgesetzt in elektrische Signale zur automatischen Übertragung der Meßwerte verwendet werden. Diese bekannten Manometer sind aber für den untertägigen Bergbau nicht ohne weiteres zu verwenden, zumal sie mit Bourdon-Federn zu großer Ausschläge arbeiten. Wegen der notwendigen mehrfachen Überlastbarkeit des Nenndruckes sind solche Bourdon-Federn aber nicht für den Einsatz im Strebausbau geeignet. Hinzu kommt, daß bei derartigen bekannten Manometern eine Direktanzeige nicht mehr gegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die Überwachung von hydraulischem Ausbau unter Tage einsetzbares Manometer mit einwandfrei arbeitender und im Aufbau einfacher Fernübertragung zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Magnet an der hochfest ausgebildeten Bourdon-Feder selbst, der Hallgenerator am Gehäuse exakt zueinander ausgerichtet befestigt sind, daß der Hallgenerator zur Temperaturkompensation in Brückenschaltung mit einem Konstantstrom von rund 2,5 mA betreibbar und das Gehäuse mit einer Ölfüllung versehen ist.

Bei einem derartigen Manometer sind Magnet und Hallgenerator im drucklosen Zustand in sehr geringem Abstand zueinander angeordnet und somit besonders gut und genau zueinander auszurichten. Bei einer Druckänderung verformt sich die Bourdon-Feder und ändert damit den Abstand des Magneten zum Hallgenerator. Die Abstandsänderung verstimmt das Magnetfeld, d. h. die magnetische Induktion. Die verwendete hochfeste Bourdon-Feder läßt eine mehrfache Überlastung des Nenndruckes zu, ohne daß der Betrieb des Manometers durch solche Extremwerte gefährdet wäre. Der Hallgenerator ist gegenüber bisher üblichen vereinfacht ausgeführt und zur gleichzeitigen Temperaturkompensation in Brückenschaltung mit einem Konstantstrom betrieben. Das Meßsignal, das der möglichen Verstimmung der Brückenschaltung proportional ist, liegt im Bereich von 0 bis 50 mV. Die im Untertagebergbau auftretenden Temperaturschwankungen zwischen Winter und Sommer liegen in einem engen Bereich, so daß die Kompensation hierfür ausreichend ist. Eigenschwingungen des Systems können vorteilhaft durch die Ölfüllung des Druckmeßteils so reduziert werden, daß sie unschädlich sind. Dies ist unter anderem deshalb von Vorteil, weil der Strebausbau in regelmäßigen Zeitabständen bewegt und damit Erschütterungen ausgesetzt ist.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist eine besonders reparaturfreundliche Ausbildung dadurch geschaffen, daß das Gehäuse aus zwei kompakten Teilen besteht, wovon eines die Bourdon-Feder, den Magneten, den Hallgenerator und einen als Anschluß ausgebildeten Dichtkopf und das andere die vergossene Elektronik aufnimmt. Auf diese Art und Weise können die einzelnen Teile schnell und ohne großen Aufwand gewartet und insbesondere ausgetauscht werden. Sie sind darüber hinaus vorteilhaft sicher so untergebracht, daß eine nachteilige Beeinflussung von außen her weitgehend verhindert ist.

Die Verbindung der beiden Teile wird dabei insbesondere dadurch erreicht, daß das die Elektronik aufnehmende Teil des Gehäuses napfförmig ausgebildet und an das die Meßglieder aufnehmende Teil angebördelt ist. Eine solche Verbindung ist leicht herstellbar und für den vorgesehenen Betrieb so dicht, daß ein Austreten des Dämpfungsmaterial Öl nicht zu befürchten ist. Außerdem ist so eine vorteilhafte Weitergabe der Meßsignale und ähnlicher Dinge möglich.

Die Befestigungspunkte von Bourdon-Feder und Hallgenerator sind erfindungsgemäß an einer neutralen Stelle unmittelbar nebeneinander positioniert, so daß auch von daher eine hohe Genauigkeit eines kostengünstigen Ferngebers, mit Hallgenerator, gewährleistet ist.

Zweckmäßigerweise ist dem im ölgefüllten Gehäuse angeordneten Hallgenerator ein Präzisions-UF-Wandler nachgeschaltet, so daß eine vorteilhafte Führung und Stabilisierung des der Brückenverstimmung proportionalen Spannungssignals gewährleistet ist. Der Abgleich des Nullpunktes (5 Hz) und des Nenndruckes (15 Hz) erfolgt getrennt voneinander. Dadurch wird eine große Genauigkeit des Ferngebers erzielt. Es ist aber auch möglich, einen betriebsüblichen engeren Druckbereich durch den Abgleich einzugrenzen und so in bezug auf den 5 bis 15 Hz Ausgang zu "spreizen". Gesamtschaltung ist schließlich in üblicher Weise durch eine Diode gegen Verpolung gesichert.

Die Verwendung von Frequenzsignalen im Bereich 5 bis 15 Hz ist im untertägigen Bergbau üblich und hat sich dort bewährt. Nachteilig ist, daß die Zeit für das Lesen der Signale groß ist, so daß schon der Wunsch besteht, Signale höherer Frequenz zu verwenden. Dennoch wird hier ein vorteilhafter Kompromiß dadurch gefunden, daß die Schaltung einen Frequzenbereich von 500 bis 1500 Hz benutzend und einen nachgeschalteten Teilbaustein aufweisend ausgebildet ist. Über den entsprechenden Baustein werden die Signale vom Frequenzbereich 500 bis 1500 Hz durch 100 geteilt, so daß wieder das übliche Ausgangssignal von 5 bis 15 Hz erzielt ist.

Sollen die Hallgeneratoren zu Steuerzwecken benutzt werden, so kann das Ausgangssignal von 5 bis 15 Hz einem Opto-Koppler zugeführt und durch diesen potentialfrei gemacht werden. Dieser läßt sich auf einer Elektronik-Platine von nur 40 mm Durchmesser mit dem vorgeschriebenen Mindestabstand von mehr als 6 mm unterbringen. Besonders vorteilhaft ist, daß das erfindungsgemäße Manometer ohne großen Aufwand auch mit einer Direktanzeige ausgerüstet werden kann, in dem nämlich dem Hallgenerator ein Digital-Voltmeter und eine LCD-Anzeige nachgeschaltet ist. Auf diese Weise steuert das der Brückenverstimmung proportionale Spannungssignal gleichzeitig den Ausgang für die Fernübertragung und für das Digital-Voltmeter. Die Kombination der Direkt- und Fernanzeige und ihre Steuerung durch den gemeinsamen Sensor gibt neben der gleichen Anzeige vor Ort und in der Warte auch insofern betriebliche Vorteile, die insbesondere in der Fehlererkennung und in Früherkennung nachteiliger Entwicklungen liegen.

Darüber hinaus wird die Eigensicherheit der Meßanlage durch den Einbau eines Opto-Kopplers erhöht und die Möglichkeit gegeben, die Meßsignale direkt zu Steuerzwecken verschiedenster Art zu verwenden.

Die vorliegende Erfindung verfügt somit über einen erheblichen technischen Fortschritt, der einmal in der hohen Betriebssicherheit und dem zweckmäßigen Aufbau zu sehen ist und weiter darin, mit einem und dem gleichen Sensor die Fernanzeige und wenn gewünscht auch die Direktanzeige auszurüsten.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird eine vorteilhafte Ausbildung mit den wesentlichen Teilen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Vorkopfansicht des Manometers, teilweise geschnitten, und

Fig. 2 eine Seitenansicht des Manometers im Schnitt.

Das in Fig. 1 und 2 gezegte Manometer 1 mit seinem Gehäuse 2 ist so bemessen, daß es für den Einsatz im untertägigen Bergbau bestens geeignet ist. Der Dichtkopf 3 ermöglicht den Anschluß an die verschiedenen Ventile, um so direkt den im Stempel- bzw. im hydraulischen Ausbau anstehenden Druck überprüfen zu können. Dieser Stempeldruck wird über die Bohrung 4 auf die Innenteile des Manometers 1 wirksam. Diese Innenteile sind über eine durch den Druckausgleichsstopfen 5 eingelassene Ölfüllung 6 so gedämpft, daß die im Inneren sitzende Bourdon-Feder 7 vor äußeren Erschütterungen gesichert untergebracht ist.

Diese Bourdon-Feder 7 weist einen fest damit verbundenen Magneten 8 auf.

Außerdem ist im Gehäuse 2 ein Hallgenerator 9 untergebracht und zwar im gleichen Teil 11 des Gehäuses 2, wie auch die Bourdon-Feder 7 und der Magnet 8. Der Abstand zwischen dem Magnet 8 und dem Hallgenerator 9 ist beim drucklosen Manometer 1 sehr klein. Bei einer Druckänderung verformt sich die Bourdon-Feder, die hochfest ausgeführt ist, um den besonderen Bedingungen des Bergbaus mit Überlastungen zu genügen, und ändert damit den Abstand des Magneten 8 zum Hallgenerator 9. Die Abstandsänderung verstimmt das Magnetfeld, d. h. die magnetische Induktion.

Im anderen Teil 12 des Gehäuses 2, das über eine Bördelung 13 mit dem Teil 11 verbunden ist, ist die Elektronik 14 untergebracht. Die Elektronik 14 ist Teil einer Platine 15, die in einer Vergußmasse 16 sicher im Teil 12 des Gehäuses untergebracht ist.

Die Draufsicht nach Fig. 1 verdeutlicht, daß die Befestigungspunkte 17 für die Bourdon-Feder 7 und Befestigungspunkt 18 für den Hallgenerator 9 dicht nebeneinander an neutraler Stelle untergebracht sind. Eine genaue Fixierung dieser Teile ist so gewährleistet.

Mit 19 ist eine Kapton-Folie, mit 21 das Flachbandkabel und mit 22 und 23 die Kabelverschraubung und schließlich das Kabel selbst bezeichnet.

Die Verarbeitung des Brückensignals des Hallgenerators 9 hängt überwiegend von den Wünschen des jeweiligen Bergwerks ab. Bei einem Ausgang von 5 bis 15 Hz wird das der Brückenverstimmung proportionale Spannungssignal im Bereich von 0 bis 35 mV einem Präzisions-UF-Wandler zugeführt und stabilisiert. Der Abgleich des Null-Punktes (5 Hz) und des Nenndruckes (15 Hz) erfolgt getrennt voneinander. Dadurch wird eine große Genauigkeit des Ferngebers erzielt. Es ist aber auch möglich, einen betriebsüblichen engeren Druckbereich durch den Abgleich einzugrenzen und so in bezug auf den 5 bis 15 Hz Ausgang zu "spreizen". Die Gesamtschaltung ist schließlich in üblicher Weise durch eine Diode gegen Verpolung gesichert.

Die Verwendung von Frequenzsignalen ist nicht auf den Bereich von 5 bis 15 Hz beschränkt. Auf eine Erhöhung des Frequenzbereiches von 500 bis 1500 Hz ist weiter vorn hingewiesen worden, wobei das erzeugte Signal intern durch einen Baustein wieder durch 100 geteilt wird, um das übliche Ausgangssignal von 5 bis 15 Hz zu erzielen.

Bei einem Ausgang von 0 bis 5 Volt wird das Brückensignal des Hallgenerators 9, das im Bereich von 0 bis 15 mV liegt, verstärkt und stabilisiert. Bei einem Ausgang von 4 bis 20 mA wird das Brückensignal einem Verstärker zugeführt, der eine Präzisions- Stromsenke, deren Eckwerte mit Hilfe zweier Trimmer abgeglichen werden können, treibt.

•  1 Manometer
   2 Gehäuse
   3 Dichtkopf
   4 Bohrung
   5 Druckausgleichsstopfen
   6 Ölfüllung
   7 Bourdon-Feder
   8 Magnet
   9 Hallgenerator
  11 Teil I von 2
  12 Teil II von 2
  13 Bördelung
  14 Elektronik
  15 Platine
  16 Vergußmasse
  17 Befestigungspunkt 7
  18 Befestigungspunkt 9
  19 Kapton-Folie
  21 Flachbandkabel
  22 Kabelverschraubung
  23 Kabel (blau)

Claims (8)

1. Manometer mit Umsetzung der Druckbewegung der in einem geschlossenen Gehäuse untergebrachten Bourdon-Feder über ein als Ferngeber dienendes Hallelement mit einem Permanentmagenten als Erreger, die der Bourdon-Feder zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (8) an der hochfest ausgebildeten Bourdon-Feder (7) selbst, der Hallgenerator (9) am Gehäuse (2) exakt zueinander ausgerichtet befestigt sind, daß der Hallgenerator zur Temperaturkompensation in Brückenschaltung mit einem Konstantstrom von rund 2,5 mA betreibbar und das Gehäuse mit einer Ölfüllung (6) versehen ist.

2. Manometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus zwei kompakten Teilen (11, 12) besteht, wovon eines (11) die Bourdon-Feder (7), den Magneten (8), den Hallgenerator (9) und einen als Anschluß ausgebildeten Dichtkopf (3) und das andere (12) die vorgesehene Elektronik (14) aufnimmt.

3. Manometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Elektronik (14) aufnehmende Teil (12) des Gehäuses (2) napfförmig ausgebildet und an das die Meßglieder aufnehmende Teil (11) angebördelt ist.

4. Manometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungspunkte (17, 18) von Bourdon-Feder (7) und Hallgenerator (9) an einer neutralen Stelle unmittelbar nebeneinander positioniert sind.

5. Manometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem im ölgefüllten Gehäuse (2) angeordneten Hallgenerator (9) ein Präzisions-UF-Wandler nachgeschaltet ist.

6. Manometer nach Anspruch 1 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hallgenerator (9), dem Präzisions-UF-Wandler und der zugehörigen Schaltung, wie an sich bekannt, eine Diode zugeschaltet ist.

7. Manometer nach Anspruch 1, Anspruch 5 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen Frequenz- Bereich von 500 bis 1500 Hz benutzend und einen nachgeschalteten Teilbaustein aufweisend ausgebildet ist.

8. Manometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hallgenerator (9) ein Digital-Voltmeter und eine LCD- Anzeige nachgeschaltet ist.