DE3822466A1 - Verfahren zur kontrolle von lage und bewegung seilbewegter transporteinrichtungen - Google Patents
Verfahren zur kontrolle von lage und bewegung seilbewegter transporteinrichtungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle von Lage
und Bewegung seilbewegter Transporteinrichtungen, insbesondere
bergbaulicher Schachtförderanlagen wie Förderkörbe,
mit dem z. B. die Lagebestimmung für die Positionierung der
Transportgefäße oder die Erfassung unerwünschter Bewegungszustände
der Transporteinrichtungen, wie z. B. Seilrutsch,
möglich ist.
Dabei erfolgt die Kontrolle von Lage und Bewegung der seilbewegten
Transporteinrichtungen über die Auswertung von
Signalen, die bei der Erfassung des Weges oder der Geschwindigkeit
der die Bewegung der Transporteinrichtungen verursachenden
verseilten Elemente gewonnen werden.
Zur Lagebestimmung für die Positionierung von Transporteinrichtungen,
die zu ihrer Bewegung mit verseilten Elementen
verbunden sind, beispielsweise von Förderkörben im Bergbau
oder von Laufkatzen in Kabelkrananlagen, werden im allgemeinen
Erfassungs- und Anzeigevorrichtungen benutzt, die die
Lage der Transporteinrichtung aus der Bewegung von denen Antriebseinrichtungen
ableiten. So ist in der DE-OS 27 51 255
ein sogenannter Teufenzeiger für den Bergbau beschrieben,
bei dem die Position des Förderkorbes aus der über die Treibscheibe
abgelaufenen bzw. aufgewickelten Seillänge ermittelt
wird. Die Seillänge wird dabei von der Umfangsbewegung der
Treibscheibe abgeleitet. Da der Seillauf auf dem Umfang der
Treibscheibe aber durch Schlupfeffekte in keinem eindeutigen
Zusammenhang mit der Drehbewegung der Treibscheibe steht,
ist die Bestimmung der Position des Förderkorbes über die
Treibscheibenbewegung zwangsläufig fehlerbehaftet. Weitere
Fehler entstehen im Laufe des Betriebes einer Treibscheibe
dadurch, daß sich deren Seilfutter abnutzt und so eine unkontrollierte
Veränderung ihres Umfanges eintritt, die die Bestimmung
der gelaufenen Seillänge verfälscht.
Die genannten Fehlereinflüsse bei der Lagebestimmung des
Förderkorbes zwingen zu sogenannter Schleichfahrt beim Anlaufen
der Be- und Entladesohlen der Förderschächte, so daß
große und ökonomisch sehr nachteilig wirkende Zeitverluste
beim Förderbetrieb der Transporteinrichtungen auftreten.
Daher wurden zahlreiche Lösungsvorschläge unterbreitet, die
auf die Beseitigung der Lagebestimmungsfehler abzielen und
aus diesem Grunde auf die Ableitung der Lage der Fördereinrichtung
aus der Bewegung der Antriebseinrichtungen verzichten.
So wird zum Beispiel im SU-US 12 29 156 vorgeschlagen, am
Förderkorb induktive Sensoren anzubringen, die einen an der
Förderschachtwandung angebrachten mäanderförmigen Leiter
beobachten und deren Impulszahlauswertung die Ermittlung der
jeweiligen Lage des Förderkorbes gestatten soll.
Ähnlich wirkt die Lösung, die in der SU-PS 5 23 014 angegeben
ist: Hier wird die Abtastung eines im Schacht angebrachten und
abschnittsweise magnetisierten Bandes durch einen am Förderkorb
befestigten Sensor beschrieben. Da jedoch bei der Bewegung
des Förderkorbes starke horizontale Schwankungen auftreten,
ist die Lagebestimmung durch induktive oder magnetische
Abtastung aufgrund der häufigen und bedeutenden Luftspaltveränderungen
ebenfalls mit einer hohen Fehlerwahrscheinlichkeit
behaftet und zudem mit erhöhtem technischen
Aufwand für die Montage der genannten Zusatzeinrichtungen an
der Schachtwand verbunden.
Weiteren technischen Aufwand erfordert die Übertragung der
Abtastsignale aus den bewegten Förderkörben in die Meß- bzw.
Schaltwarte.
Die mit der CH-PS 4 81 833 vorgeschlagene Magnetisierung und
anschließende Abtastung des bewegten Tragseils des Förderkorbes
stellt durch das Horizontalschlagen des bewegten
Tragseils ebenfalls nur eine stark fehlerbehaftete Lösung
dar und verlangt zudem erhöhten technischen Aufwand zur
Magnetisierung des Tragseils.
Nach den SU-US 8 74 562 und 11 91 405 ist es möglich, den
Standort des Förderkorbes durch die Beobachtung elektrischer
Schwingungen, die auf das Tragseil eingekoppelt werden, zu
ermitteln, indem eine Zeitmessung bis zum Rücklauf der
Schwingungen vorgenommen wird. Diese Verfahrensweise zeichnet
sich durch hohen meßtechnischen Aufwand aus und gewährleistet
ebenfalls keine fehlerfreie Ortsbestimmung des Förderkorbes,
da die empfindliche Meßeinrichtung durch die mechanischen
Einflüsse des Seilbetriebes leicht gestört wird.
Diesen Lösungen des Standes der Technik haftet also allgemein
der Mangel fehlerhafter Lagebestimmung an, woraus letztlich
Zeitverluste bei der Positionierung der Transporteinrichtung
an gewünschten Punkten des Transportweges resultieren.
Außerdem ist zur Realisierung der elektrischen Lösungen
hoher technischer Aufwand erforderlich.
Die Bewegung seilbewegter Transporteinrichtungen, z. B. von
Förderkörben in bergbaulichen Förderanlagen, wird gewöhnlich
mittels elektromotorisch betriebener Treibscheiben,
über die die Tragseile gelegt sind, herbeigeführt, gesteuert
und kontrolliert.
D. h., daß von der Bewegung der Treibscheibe das Tragseil
angetrieben, daß im Normalfall über die Verlangsamung oder
Beschleunigung der Treibscheibe die Geschwindigkeit des
laufenden Seiles und damit auch des Förderkorbes gesteuert
und daß außerdem von der Bewegung der Treibscheibe über sogenannte
Teufenzeiger, z. B. nach DE-OS 27 51 255, auf die
Position des Förderkorbes geschlossen wird.
Eine zusätzliche Kontrolle über die Bewegung des Förderkorbes
wird mittels an bestimmten Punkten des Förder- oder
Transportweges angebrachter Initiatoren, z. B. Lichtschranken,
ermöglicht (DD-PS 46 533).
Durch äußere Einflüsse, insbesondere witterungsabhängig
einwirkende Feuchte, bzw. durch das der Fasereinlage der
Tragseile austretendes Schmiermittel, besonders bei neu
aufgelegten Seilen, tritt jedoch beim Betrieb der seilbewegten
Förderanlagen ein gewisser Schlupf zwischen bewegtem
Seil und Treibscheibe auf, wobei unter bestimmten Bedingungen
die Haftreibung zwischen Seil und Treibscheibe
völlig verlorengehen und es zu einem unkontrollierten
Durchrutschen größerer Seilabschnitte auf der Treibscheibe
kommen kann.
Als Gegenmaßnahme gegen diesen Seilrutschen wird die Nachführung
und - nach Wiederherstellung der Haftreibung -
anschließende sanfte Reduzierung der Treibscheibengeschwindigkeit
angestrebt. Diese an sich taugliche Maßnahme
führt aber häufig nicht zum Erfolg, da die Entstehung des
Seilrutsches nicht rechtzeitig erkannt und die zu spät eingeleiteten
Gegenmaßnahmen o. a. Art nicht mehr wirksam
werden kann (Die verspätete Erfassung des Seilrutsches ist
in dem gleichzeitigen Verlust des eindeutigen Zusammenhanges
von tatsächlicher und vom Teufenzeiger angezeigter
Position des Förderkorbes sowie in der Anordnung der Kontrollinitiatoren,
die nur zu bestimmten Zeitpunkten die
Kontrolle der tatsächlichen Position ermöglicht, begründet.).
So kommt es durch die ungünstige Verfahrensweise bei der
Bewegungskontrolle der Fördereinrichtungen immer wieder zu
größeren ökonomischen Verlusten entweder durch auftretende
Havarien oder erforderliche Notbremsungen, die insbesondere
zu einem starken Verschleiß der Förderseile sowie der Seilfutter
der Treibscheiben führen, oder durch eine notwendigerweise
geschwindigkeitsgeminderte und damit uneffektive
Betriebsweise der Fördereinrichtungen bei bestimmten
äußeren Bedingungen.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kontrolle von
Lage und Bewegung seilbewegter Transporteinrichtungen, wie
Förderkörbe im Bergbau u. a. zu schaffen, das bei deutlich
verringertem technischen und zeitlichen Aufwand zu seiner
Realisierung einen effektiveren, verschleißärmeren und
sicheren Betrieb der seilbewegten Transporteinrichtungen
ermöglicht.
Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren zur Kontrolle von
Lage und Bewegung seilbewegter Transporteinrichtungen zu
entwickeln, das eine weitgehend fehlerfreie Lagebestimmung
bei der Positionierung und eine frühzeitige Erkennung unerwünschter
Bewegungszustände während der Seilfahrt der
seilbewegten Transporteinrichtungen ermöglicht und ohne
Zusatzeinrichtungen entlang des gesamten Transportweges
und an den bewegten Transporteinrichtungen realisierbar
ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren
zur Kontrolle von Lage und Bewegung seilbewegter Transporteinrichtungen,
bei dem die Kontrolle von Lage und Bewegung
der seilbewegten Transporteinrichtungen über die
Auswertung von Signalen, die bei der Erfassung des Weges
oder der Geschwindigkeit der die Bewegung der Transporteinrichtungen
verursachenden verseilten Elemente erfaßt
werden, erfolgt,
diese auszuwertenden Signale erfindungsgemäß
durch optische Erfassung aus der in der Bewegung zeitlich
veränderlichen Abbildung der spezifischen äußeren Form der
verseilten Elemente gewonnen werden.
Zur Signalauswertung wird vorteilhaft eine Kalibrierung
bezüglich eines oder mehrerer Festpunkte des Transportweges
vorgenommen.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die zur Lagebestimmung
auszuwertenden Signale unmittelbar aus der vorhandenen
Form der die Transporteinrichtungen bewegenden
verseilten Elemente gewonnen werden, d. h., es sind keine
zusätzlichen Maßnahmen über die gesamte Länge des Transportweges
oder an den bewegten Transporteinrichtungen
erforderlich.
Der Begriff der beanspruchten optischen Erfassung soll
dabei die rein optische Beobachtung der o. a. Form der
bewegten verseilten Elemente sowie auch die auf verschiedene
Weise mögliche Signalgenerierung einschließen.
Weiterhin wird innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Kontrolle von Lage und Bewegung seilbewegter Transporteinrichtungen
zur Realisierung der Bewegungskontrolle
eine Verfahrensweise vorgeschlagen, bei der in bekannter
Weise die Antriebsgeschwindigkeit der Treibscheibe der
seilbewegten Transporteinrichtung erfaßt wird, die jedoch
folgende zusätzliche Verfahrensschritte besitzt:
- - Neben der Erfassung der Antriebsgeschwindigkeit wird die tatsächliche Geschwindigkeit des bewegten Seils ermittelt.
- - Aus den genannten Geschwindigkeitswerten wird deren Differenz gebildet und als Maß für den Bewegungszustand, insbesondere den Seilrutsch, bewertet.
Zur Sicherung einer besonders vorteilhaften Verfahrensweise
erfährt der zweite zusätzliche Verfahrensschritt folgende
Ausgestaltung:
Zur Erfassung der tatsächlichen Geschwindigkeit des bewegten
Seils wird die je Zeiteinheit generierte Impulszahl
oder die Impulsdauer o. ä. Parameter einer elektrischen
Signalfolge ausgewertet, die durch die vorzugsweise optoelektrische
Beobachtung des in der Bewegung zeitlich veränderlichen
Abbildes der spezifischen äußeren geometrischen
Form des bewegten Seils erzeugt wird.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise kann durch einen nachfolgend
genannten Verfahrensschritt zweckmäßig erweitert
werden:
Es wird der Gradient der tatsächlichen Geschwindigkeit des
bewegten Seils oder der o. a. Geschwindigkeitsdifferenz
gebildet und zur Gewinnung einer Tendenzaussage über die
Zu- oder Abnahme des Seilrutsches ausgewertet, womit ein
Bewertungskriterium zur Einschätzung der Notwendigkeit bzw.
erforderlichen Stärke einzuleitender Gegenmaßnahme entsteht.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise kann in einer weiteren
Ausgestaltung auch sehr gut zur Erfassung des Dehnungszustandes
der Trag- bzw. Förderseile der seilbewegten Transporteinrichtungen
benutzt werden.
Beim Betrieb seilbewegter Transporteinrichtungen tritt eine
last- und alterungsbedingte Seildehnung auf, die aus Betriebs-
und Sicherheitsgründen überwacht werden muß.
Insbesondere gilt dies für bergbauliche Förderanlagen, für
die die Aufnahme einer zeitlichen Seildehnungskurve gewöhnlich
vorgeschrieben ist. Diese Seildehnungskurven
(vgl. Fig. 6) dienen insbesondere zur Festlegung des Zeitpunktes
der Ablegereife der Trag- oder Förderseile innerhalb
des Bereiches der kritischen Seildehnung.
Die übliche Verfahrensweise zur Dehnungsermittlung besitzt
jedoch neben der unbefriedigenden Qualität der Meßergebnisse
den Mangel ungenügender Anwendungsmöglichkeit beim
Betrieb der Transporteinrichtungen.
Die Aufgabe, ein Verfahren zur Bestimmung der Dehnung von
Seilen zu entwickeln, das während des Betriebes seilbewegter
Transporteinrichtungen eine weitgehend exakte Bestimmung
der Seildehnung ermöglicht und dessen Meßergebnisse
eine näherungsweise Ermittlung des voraussichtlichen
künftigen Dehnungs-Zeit-Verhaltens der Seile gestattet,
wird in der besonderen Ausgestaltung des Verfahrens
zur Kontrolle von Lage und Bewegung seilbewegter
Transporteinrichtungen so gelöst, daß die Dehnung der Seile
aus der Veränderung der auf eine definierte Wegstrecke
entfallenden Anzahl von Schlaglängen bestimmt wird.
In der Ausgestaltung des erfinderischen Gedankens wird
die in ihrer Veränderung zu erfassende Schlaglängenzahl
durch die Auswertung der spezifischen äußeren geometrischen
Form der Seile durch optische Erfassung von deren
in der Bewegung zeitlich veränderlicher Abbildung, unter
Berücksichtigung von Herstellungsparametern wie Litzenzahl
o. a., ermittelt. Dabei können sowohl die Seile als
auch die Erfassungseinrichtung bewegt werden.
Die Wirkungsweise dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens beruht auf folgenden Zusammenhängen:
Bei der Dehnung der Seile vergrößert sich deren Längenausdehnung,
ohne daß sich die Seile als Ganzes um ihre Längsachse
drehen können, da sie mit ihren Enden an den jeweiligen
Transporteinrichtungen bzw. Haltevorrichtungen fest
eingebunden sind. Daher kann sich beim betreffenden Seil
die Gesamtzahl der Schlaglängen nicht ändern, wohl aber
das Maß der einzelnen Schlaglängen. Beim wiederholten
Vorbeiführen eines definierten Längenabschnittes des bewegten
Seils an einer Beobachtungsstation wird sich mit
zunehmender Dehnung des Seils eine Verringerung der Anzahl
vorbeigeführter Schlaglängen feststellen lassen, aus
der sich die Seildehnung quantitativ bestimmen läßt.
Dabei wird das Maß des bewegten Seilabschnittes durch die
zwischen zwei Fixpunkten - also entlang einer definierten
Wegstrecke - erfolgende Bewegung der Transporteinrichtung
oder auch einer Seilmarke festgelegt.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bezüglich
der Lagekontrolle ist folgende:
Die Lagebestimmung der Transporteinrichtungen erfolgt wie
bei bekannten Verfahren durch die Auswertung beispielsweise
der Impulszahl eines elektrischen Signals, das so mit
dem zurückgelegten Weg der Transporteinrichtungen im Zusammenhang
steht, daß die Impulszahl diesem Weg proportional
ist. Dieses elektrische Signal wird durch die optische
Beobachtung des bewegten verseilten Elementes gewonnen.
Beobachtet wird die spezifische äußere Form des bewegten
verseilten Elementes, die durch die Herstellungsparameter
Anzahl der Teilstränge bzw. Außenlitzen und Schlaglänge
bzw. Drall eindeutig charakterisiert ist und deren Abbild
in der Beobachtungsebene als sich ständig ändernder Seildurchmesser
erscheint.
Bei der Vorbeiführung dieser Form an der optischen Beobachtungseinrichtung
entsteht pro Wegeinheit eine definierte
Anzahl elektrischer Impulse, deren zahlenmäßige
Erfassung die Bestimmung der bewegten Länge verseilten
Elementes und damit der Lage und daran befestigten Transporteinrichtung
gestattet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle von Lage und
Bewegung seilbewegter Transporteinrichtungen soll an nachfolgenden
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Dabei zeigen die zugehörigen Zeichnungen in
Fig. 1 ein Prinzipschema einer Förderanlage, bei der das
erfindungsgemäße Verfahren zur Lagebestimmung bei
der Positionierung von Förderkörben Anwendung
findet,
Fig. 2 eine Lagebestimmungseinheit zur Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3 eine Längskontur eines Tragseils der in Fig. 1
gezeigten Förderanlage,
Fig. 4 eine zur Lagebestimmung auswertbare Signalfolge,
Fig. 5 ein Prinzipschema einer Förderanlage, bei der das
erfindungsgemäße Verfahren zur Bewegungskontrolle
von Förderkörben Anwendung findet,
Fig. 6 eine zeitliche Seildehnungskurve,
Fig. 7 und
Fig. 8 Blockschemata von Förderanlagen, in denen das
erfindungsgemäße Verfahren in seiner Ausgestaltung
zur Dehnungserfassung angewendet wird,
Fig. 9 eine optische Meßeinrichtung,
Fig. 10 und
Fig. 11 Signalfolgen der optischen Meßeinrichtung.
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße
Verfahren an einer bergbaulichen Förderanlage zur
Lagebestimmung bei der Positionierung eines an einem Tragseil
1 hängenden Förderkorbes 2 benutzt. Das Tragseil 1
läuft über eine Treibscheibe 3 und bewegt den Förderkorb 2
zwischen einer Beladestelle 4 und einer Entladestelle 5
auf einem Förderweg 6. Zur effektiven Auslastung der Förderanlage
sollen die Fahr-, Be- Entladezeiten möglichst
klein sein. Dies setzt eine möglichst hohe Fahrtgeschwindigkeit
des Förderkorbes 2 auf großen Teilen seines
Förderweges 6 und präzises Anlaufen der Be- und Entladestelle
4 bzw. 5 voraus. Besonders wichtig für eine zeitoptimale
Steuerung der Bewegung des Förderkorbes 2 ist die
Verringerung des Anteils der sogenannten Schleichfahrt vor
dem Anlaufen der Be- und Entladestellen 4; 5 an der Gesamtfahrzeit.
Da der bisher unverhältnismäßig hohe Anteil
an Schleichfahrt durch die ungenügende Kenntnis der tatsächlichen
Lage des Förderkorbes 2 innerhalb seines Förderweges
6 verursacht wurde, besitzt die beschriebene
Förderanlage eine Lagebestimmungseinheit 7, mit deren
Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren zur Lagebestimmung
bei der Positionierung von Transporteinrichtungen realisiert
wird.
Gem. Fig. 2 kann diese Lagebestimmungseinheit 7 beispielsweise
aus einer optoelektronischen Beobachtungsbaugruppe
mit Lichtsender 8 und Lichtempfänger 9 sowie einem Auswerteblock
10 bestehen. Die Lagebestimmungseinheit 7 ist an
der Förderanlage so angeordnet, daß das Tragseil 1 den
Bereich der Wirkstrecke Lichtsender 8 - Lichtempfänger 9
durchläuft. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht
das Tragseil 1 aus einem einlagigen Rundlitzenseil mit
Fasereinlage und sechs Außenlitzen 11 bis 16.
Das Tragseil 1 erzeugt mit seiner in Fig. 3 angegebenen
Längskontur beim Durchlaufen der Wirkstrecke der Beobachtungsbaugruppe
eine elektrische Signalfolge e(t) gem.
Fig. 4, die im Auswerteblock 10 hinsichtlich ihrer Impulszahl
n ausgewertet wird.
Die ermittelte Impulszahl n gestattet durch die bei der
Seilherstellung festgelegten Parameter Litzenzahl z und
Schlaglänge s′ die eindeutige Bestimmung des an der Beobachtungsbaugruppe
vorbeigeführten Seilabschnittes s:
s = (n/z) · s (1)
Bezogen auf einen Festpunkt des Förderweges 6 gestattet
die Kenntnis dieses Seilabschnittes s eine Bestimmung der
örtlichen Lage des Förderkorbes 2 sogar ohne vorheriges
Durchlaufen des gesamten Förderweges 6.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die bei einem
Durchfahren des gesamten und in seiner Länge genau bekannten
Förderweges 6 erzeugte Gesamtimpulszahl nges zur Kalibrierungsgrundlage
für die bei weiteren Fahrten durchzuführenden
Lagebestimmungen zu machen, so daß die Schlaglänge
s′ durch ihre immerhin möglichen herstellungsbedingten
Fehler keinen Fehleranteil bei der Lagebestimmung
liefern kann:
s = n/nges) · (Förderweg 6) (2)
Bei der Ausgestaltung der Erfindung ist es beispielsweise
möglich, anstelle der genannten Anordnung aus Lichtsender
8 und Lichtempfänger 9 auch eine CCD-Kamera zur Erfassung
der zeitlich veränderlichen Seilabbildung einzusetzen.
Unter bestimmten Umständen, z. B. bei sehr hartnäckig verschmutztem
Seil und dadurch erschwerter lichtoptischer
Erfassung der bewegten Seilform, ist sogar eine Beobachtung
dieser Seilform mittels anderer kurzwelliger elektromagnetischer
Strahlung denkbar, beispielsweise durch Röntgenabtastung.
Die Erfindung soll bezüglich der Bewegungskontrolle an
einem weiteren Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Dabei zeigt die zugehörige Fig. 5 das Prinzipschema einer
bergbaulischen Förderanlage, in der das erfindungsgemäße
Verfahren zur Kontrolle der Bewegung eines Förderkorbes
angewendet wird.
Gem. Fig. 7 wird die Erfindung in einer bergbaulichen Förderanlage
angewendet, die wieder die folgenden, bereits
genannten Elemente aufweist:
Tragseil 1, Förderkorb 2, Treibscheibe 3, Be- bzw. Entladestelle 4 bzw. 5 sowie Förderweg 6.
Tragseil 1, Förderkorb 2, Treibscheibe 3, Be- bzw. Entladestelle 4 bzw. 5 sowie Förderweg 6.
Mit der Treibscheibe 3 ist im weiteren eine Einrichtung
zur Erfassung der Antriebsgeschwindigkeit 17 gekoppelt,
während eine Einrichtung zur Erfassung der tatsächlichen
Geschwindigkeit des bewegten Seils 18 auf der Grundlage
einer optoelektrischen Beobachtungseinheit die Baugruppen
lichtemittierender Sender 18.1, Empfänger 18.2 und Signalverarbeitungseinheit
18.3 aufweist und so angeordnet ist,
daß das Tragseil 1 im Wirkraum zwischen Sender 18.1 und
Empfänger 18.2 läuft.
Eine Auswerteeinheit 19 verarbeitet mit ihrer Baugruppe
Differenzbildner 19.1 die von den vorgenannten Einrichtungen
17 und 18 generierten Geschwindigkeitssignale und
bildet die Geschwindigkeitsdifferenz als Maß für den Seilrutsch
des Tragseils 1. Ein nachgeschalteter Differentiator
19.2 bildet den Gradienten des Geschwindigkeitsdifferenzsignals,
aus dem die zu- bzw. abnehmende Tendenz des
Seilrutsches ablesbar ist. Zur Auswerteeinheit 19 können
auch nicht gezeigte Anzeige- und Signalisiervorrichtungen
sowie Steuer- und Regeleinrichtungen, die z. B. selbsttätig
eine Ausregelung auftretender unerwünschter Bewegungszustände
der Fördereinrichtung, wie Seilrutsch, vornehmen,
gehören.
Ebenso kann die grob beschriebene bergbauliche Förderanlage
Kontrollinitiatoren besitzen, die an bestimmten Festpunkten
des Förderweges 6 angeordnet sind und Kontrollsignale
zum ständigen Selbstabgleich der Anordnung zur Kontrolle
der Bewegung seilbewegter Transporteinrichtungen
abgeben.
Die Wirkungsweise der Einrichtung zur Erfassung der tatsächlichen
Geschwindigkeit des bewegten Seils 18 ist folgende:
Diese Einrichtung ist im vorliegenden Beispiel als
optoelektrische Beobachtungseinheit ausgeführt. Innerhalb
der Wirkstrecke lichtemittierender Sender 18.1 - Empfänger
18.2 bewegt sich das Tragseil 1.
Beobachtet wird die spezifische äußere Form des bewegten
Tragseils 1, die durch die Herstellungsparameter Anzahl
der Teilstränge bzw. Litzenzahl z und Schlaglänge s bzw.
Drall eindeutig charakterisiert ist und deren Abbild in
der Beobachtungsebene als sich ständig ändernder Seildurchmesser
erscheint. Bei der Vorbeiführung dieser Form
an der optischen Beobachtungseinheit entsteht pro Zeiteinheit
eine definierte Anzahl elektrischer Impulse, deren
quantitative Auswertung die Bestimmung der tatsächlichen
Geschwindigkeit des bewegten Tragseils 1 gestattet.
Fehlereinflüsse hierbei sind auf bekannte Weise durch eine
Kalibrierung, z. B. über eine definierte Wegstrecke zwischen
Festpunkten des Förderweges 6, leicht auszuschließen.
In einem dritten Ausführungsbeispiel soll die Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich einer
Dehnungsermittlung erläutert werden.
Aus Fig. 6 ist zu erkennen, daß die Seildehnungskurve in
der Einlaufphase eine starke Anfangsdehnung aufweist,
bedingt durch die Seilverfestigung. Nach der Anfangsdehnung
ist die Dehnungszunahme während der Betriebsdauer gering.
Der folgende steile Anstieg der Dehnung ist mit der
beginnenden Zerstörung des Seiles verbunden und kennzeichnet
die Ablegereife des Seiles.
Gem. Fig. 7 und 8 weisen die Förderanlagen, in denen das
erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Dehnung von
Seilen ausgenutzt wird, folgende Elemente auf:
Tragseil 1 (in Fig. 7 mit Unterseil als Lastausgleich),
Förderkorb 2, Treibscheibe 3, Gegengewicht 20, Initiator
21 und optische Meßeinrichtung 22. Diese besteht gem. Fig.
9 aus einem optischen Sender 23 und einem optoelektronischen
Empfänger 24 mit Impulsverarbeitungseinheit 25.
Im folgenden wird die Wirkungsweise dieser Ausgestaltung
der Erfindung erläutert:
Das Tragseil 1 ist mit dem bzw. den Förderkörben 2 und ggf.
mit dem Gegengewicht 20 verbunden und läuft über Treibscheibe
3. Mit den Initiatoren 21 wird das Passieren der
Förderkörbe 2 bzw. des Gegengewichtes 20 in Fixpunkten
ermittelt und damit eine zur Realisierung der Dehnungsbestimmung
notwendige definierte Wegstrecke sd festgelegt.
Sie ist konstant und im Beispiel durch die Teufe bzw.
Förderhöhe bestimmt.
Die optische Meßeinrichtung 22 erfaßt beim Betrieb der
Seile die durch die Herstellung der Seile festgelegte
äußere geometrische Form als bewegtes Abbild und generiert
eine typische elektrische Signalfolge e(t), deren
weitere Verarbeitung in der Impulsverarbeitungseinheit 25
die Bestimmung der Seildehnung wie folgt ermöglicht:
Das Tragseil 1 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus einem einlagigen Rundlitzenseil mit Fasereinlage und
sechs Außenlitzen 11-16. Diese Seilkonstruktion führt
bei der Generierung der Signalfolge e(t) zu 6 Impulsen pro
Schlaglänge s′ und ermöglicht durch das Erfassen der
Gesamtimpulszahl n der während der Förderkorbbewegung
über die definierte Wegstrecke sd generierten Signalfolge
e(t) und das anschließende Beziehen auf die Litzenzahl z
die Bestimmung einer nicht notwendigerweise ganzzahligen
Schlaglängenanzahl sz des Tragseiles 1 pro definierter
Wegstrecke sd:
sz = n/z (3)
Die beim Betrieb des Tragseils 1 auftretende Dehnung verringert
die in der optischen Meßeinrichtung 22 generierte
Impulszahl der Signalfolge e(t) und damit auch die Schlaglängenanzahl
sz pro definierter Wegstrecke sd.
Unter Beachtung der konkreten Parameter des Tragseils 1
und der definierten Wegstrecke sd ist aus dem Vergleich
dieser Schlaglängenanzahl sz (für eine Dehnung = 0) mit
der bei einer Dehnung <0 entstehenden Schlaglängenanzahl
sz* eine quantitative Ermittlung dieser Dehnung möglich.
Fig. 10 und 11 verdeutlichen in vergröberter Darstellung
die Auswertung der Signalfolge e(t):
Dabei zeigt Fig. 10 die in der optischen Meßeinrichtung 22
generierte Signalfolge e(t) des ungedehnten Tragseils 1,
die bei der lastfreien Vorbeiführung des der definierten
Wegstrecke sd entsprechenden Seilabschnittes an der optischen
Meßeinrichtung 22 entsteht und die Impulse I 1 bis
In aufweist. Mit s 1 und s 2 sind kalibrierungsfähige Weganteile,
die aus den Parametern des Tragseils 1 bestimmbar
sind, bezeichnet.
Nach erfolgter Dehnung zeigt die Signalfolge e(t) gem.
Fig. 11 für die definierte Wegstrecke sd die Impulse I 1*
bis Im * sowie die veränderten Weganteile s 1* und s 2*. Bei
weiter zunehmender Dehnung können auf die definierte Wegstrecke
sd auch weniger als m Impulse entfallen. Aus den
Weganteilen s 1*, s 2* sowie den Impulsanzahlen m bzw. m-1;
m-2 . . . bei weiter fortschreitender Dehnung ist die quantitative
Bestimmung der absoluten bzw. relativen Dehnung
des Tragseils 1 möglich.
Es ist bei der Auswertung der Signalfolge e(t) auch
möglich, den Bezug der Dehnung auf die Differenz der
Schlaglängenanzahlen sz-sz* durch die alleinige Verwendung
der Impulszahlen der Signalfolge e(t) zu ersetzen.
Prinzipiell bleibt das Wesen der Verfahrensweise erhalten,
da die jeweilige Schlaglänge s bzw. s′* über die Außenlitzenzahl
z mit den vorgenannten Impulszahlen verknüpft
ist.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entstehen
folgende Vorteile:
Durch die direkte Erfassung des an einer Beobachtungseinrichtung
vorüberbewegten Seilabschnittes s ist eine weitgehend
fehlerfreie Lagebestimmung zu jedem Zeitpunkt einer
Transportbewegung möglich. Damit besteht gleichzeitig die
Möglichkeit, eine genaue Positionierung der Transporteinrichtung
an bestimmten Punkten des Transportweges vorzunehmen.
Durch die sichere Kenntnis über den jeweiligen Aufenthaltsort
der Transporteinrichtung kann also eine optimierte
Steuerung ihrer Bewegung erfolgen - die bisher aus
der unsicheren Positionskenntnis heraus notwendigen längeren
Schleichfahrten beim Anlaufen bestimmter Punkte und
damit die äußerst nachteiligen Zeitverluste können entfallen.
Die Erfindung ermöglicht weiterhin die frühzeitige und
weitgehend exakte Erkennung unerwünschter Bewegungszustände
seilbewegter Transporteinrichtungen, insbesondere die
Erkennung des in bergbaulichen Förderanlagen gefürchteten
Seilrutsches.
Diese frühzeitige Erkennung schafft im Verein mit der
quantitativen Bestimmbarkeit z. B. des Ausmaßes und der
Tendenz des Seilrutsches die Möglichkeit, rechtzeitig
wirksame und in der richtigen Stärke bemessene Gegenmaßnahmen
zu treffen.
Ein anderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch
die Verhinderung unerwünschter Bewegungszustände mit Hilfe
der Erfindung beim nunmehr bewegungsmäßig normalisierten
Betrieb auch eine deutlich verringerte Anzahl von Extrembelastungen
der Seile und weiterer Anlagenteile im Sinne
von Notbremsungen oder sogar havarieartigem Einlaufen der
Förderkörbe in ihre Endstellen auftritt. Bei den hohen
Kosten z. B. für Tragseilgarnituren sind die durch die
normalisierte Betriebsweise der Förderanlagen auch unter
extremen Witterungsbedingungen geminderten Verschleißparameter
ein sehr wichtiger Vorteil, der bei der Anwendung
der Erfindung entsteht.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist außerdem eine
weitgehend exakte und kontinuierliche Bestimmung der Dehnung
von Seilen in seilbewegten Transporteinrichtungen
möglich. Die Dehnungsbestimmung erfolgt ohne Störung des
laufenden Betriebes der Transporteinrichtung.
Die kontinuierliche und weitgehend exakte Dehnungsbestimmung
ermöglicht die problemlose Aufzeichnung der in überwachungspflichtigen
Anlagen geforderten Seildehnungskurven.
Die zeitlich eng aufeinanderfolgend ermittelten Meßwerte
erhöhen die Aussagequalität der Seildehnungskurve und gestatten
die näherungsweise Ermittlung künftiger Dehnungswerte.
Damit können eine vorausschauende Entscheidung zur
Ablegereife der Seile getroffen und ökonomische Nachteile
aus der bisher oft plötzlich auftretenden Notwendigkeit von
Seilwechseln vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil besteht in folgendem Umstand:
Die problemlose Einfügung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in den Betrieb von seilbewegten Transporteinrichtungen
sowie der relative geringe Realisierungsaufwand gestatten
die Anwendung des Verfahrens auch zur indirekten Ermittlung
der Seilkraftverhältnisse bei Mehrseilanlagen. Der
bei solchen Anlagen häufig aufgrund unsymmetrischer Lastverteilungen
durch unkontrollierte Dehnungen einzelner
Seile auftretende hohe Verschleiß der Gesamtgarnitur kann
künftig mit Hilfe der stetigen Kontrolle der Einzeldehnungen
durch gezielte Längenänderungen ausgewählter Seile
gemindert werden. Bei den hohen Kosten für Seilgarnituren
stellt dieser zusätzliche Effekt der Erfindung einen
Hauptvorteil dar.
Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann wie
gezeigt auf sehr einfache und wirkungsvolle Weise durch
die beschriebenen Anordnungen erfolgen. Diese Anordnungen
mit ihrer geringen Anzahl erforderlicher Baugruppen repräsentieren
im Verhältnis zu den mit ihrer Hilfe erreichbaren
Nutzeffekten einen nur sehr geringen technischen Aufwand
und bieten durch die Bereitstellung von Signalen, die
die Lage bzw. den Bewegungszustand der kontrollierten Transporteinrichtungen
weitgehend exakt erfassen, den zusätzlichen
Vorteil, Ausgangsgrößen für die umfassende Anlagenregelung
beschriebener Förderanlagen zu liefern.
Nicht zuletzt hat die Erfindung eine große Bedeutung, weil
sie durch die Vermeidung unerwünschter Betriebszustände
der Förderanlagen zur Erhöhung der Grubensicherheit, unter
Umständen sogar zum Schutz menschlichen Lebens, beiträgt.
- Bezugszeichen zur Patentanmeldung
- "Verfahren zur Kontrolle von Lage und Bewegung seilbewegter
Transporteinrichtungen"
1 Tragseil 2 Förderkorb 3 Treibscheibe 4 Beladestelle 5 Entladestelle 6 Förderweg 7 Lagebestimmungseinheit 8 Lichtsender 9 Lichtempfänger 10 Auswerteblock 11-16 Außenlitze 17 Einrichtung zur Erfassung der Antriebsgeschwindigkeit 18 Einrichtung zur Erfassung der tatsächlichen Geschwindigkeit des bewegten Seils 18.1 Sender 18.2 Empfänger 18.3 Signalverarbeitungseinheit 19 Auswerteeinheit 19.1 Differenzbildner 19.2 Differentiator 20 Gegengewicht 21 Initiator 22 optische Meßeinrichtung 23 Sender 24 Empfänger 25 Impulsverarbeitungseinheit e(t) Signalfolge n Impulszahl nges Gesamtimpulszahl z Litzenzahl s Seilabschnitt t Zeit s′ Schlaglänge (Dehnung = 0) s′* Schlaglänge (Dehnung < 0) sd definierte Wegstrecke n Gesamtimpulszahl (Dehnung = 0) m Gesamtimpulszahl (Dehnung < 0) sz Schlaglängenanzahl (Dehnung = 0) sz* Schlaglängenanzahl (Dehnung < 0) s 1; s 2 Weganteil (Dehnung = 0) s 1*; s 2* Weganteil (Dehnung < 0) I 1 . . . In Impulse (Dehnung = 0) I 1* . . . Im+ Impulse (Dehnung < 0)
Claims (2)
1. Verfahren zur Kontrolle von Lage und Bewegung seilbewegter
Transporteinrichtungen, bei dem die Kontrolle
von Lage und Bewegung der seilbewegten Transporteinrichtungen
über die Auswertung von Signalen, die bei
der Erfassung des Weges oder der Geschwindigkeit der
die Bewegung der Transporteinrichtungen verursachenden
verseilten Elemente erfaßt werden, erfolgt,
gekennzeichnet dadurch,
daß die auszuwertenden Signale durch optische Erfassung
aus der in der Bewegung zeitlich veränderlichen Abbildung
der spezifischen äußeren Form der verseilten
Elemente gewonnen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch,
daß zur Signalauswertung eine Kalibrierung bezüglich
eines oder mehrerer Festpunkte des Transportweges vorgenommen
wird.
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