DE4438166C2 - Vorrichtung zur Ermittlung des Kolbenhubs eines druckmittelbetätigten Arbeitszylinders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Kolbenhubs eines druckmittelbetätigten Arbeitszylin­ ders.

Die Wegmessung des Kolbenhubs ist im untertägigen Bergbau bei der Optimierung des Hobelvorgangs durch weggesteuer­ tes Rücken von besonderer Bedeutung. Aus der DE-PS 32 25 342 ist es zur Messung des Abbaufortschrittes be­ kannt in einen Arbeitszylinder, insbesondere in einen Rückzylinder des hydraulischen Schreitausbaus, eine inte­ grierte Wegmeßeinrichtung einzusetzen. Bei dieser Wegmeß­ einrichtung wird der Arbeitshub durch einen in die hohle Kolbenstange integrierten Drehtauchkolben mit nachge­ schaltetem Drehpotentiometer meßtechnisch erfaßt. Auf diese Weise wird der vom Schreitausbau zurückgelegte Weg ermittelt, in elektrische Signale umgesetzt, übertragen und entsprechend ausgewertet.

Die Messung des Kolbenhubs kann darüber hinaus in weite­ ren Anwendungsfällen bzw. bei Betriebsvorgängen von Be­ deutung sein, so z. B. beim Rücken von Vortriebsmaschinen oder Fördererumkehren, zum Spannen der Zugseile von Ein­ schienenhängebahnen u.ä.

Häufig haben sich jedoch die Wegmeßeinrichtungen als zu anfällig für den Untertagebetrieb erwiesen, so daß die erreichten Ergebnisse nicht den für die Installation not­ wendigen hohen Aufwand rechtfertigen. Auch ein nachträg­ licher Umbau der Arbeitszylinder scheitert oft an den da­ mit verbundenen hohen Kosten.

Weiterhin ist bei bekannten Vorrichtungen von Nachteil, daß die eigentlichen Meßwertaufnehmer, beispielsweise Drehpotentiometer, außen am Zylindergehäuse angebracht sind. Damit sind zusätzliche Bauteile an den Zylindern erforderlich, um die Drehpotentiometer vor Beschädigung zu schützen. Dies führt wiederum zu größeren Abmessungen der Arbeitszylinder, was unter den beengten Verhältnissen im untertägigen Bergbau ebenfalls von Nachteil ist. Auch sind die Abdichtungsprobleme zwischen dem Meß- und dem Hydraulikteil nicht immer zur Zufriedenheit beherrschbar.

Störanfällig sind darüber hinaus zu den Arbeitszylindern führende elektrische Leitungen. Hier kann es zu Beschä­ digungen kommen, welche dann Ursache von unter Umständen längeren Betriebsstillständen sind.

Aus der US 31 60 836 ist es bereits bekannt, eine flexi­ ble Meßleitung an den Kolben zu koppeln und von dort aus in ein am Zylinder zusätzlich angebrachtes Gehäuse zu führen, in dem ein Meßwertaufnehmer untergebracht ist. Zwangsläufig muß der Arbeitszylinder eine funktionell an die Meßvorrichtung angepaßte Veränderung erfahren. Dies bedingt bereits einen höheren fertigungstechnischen Auf­ wand. Es führt jedoch auch zu einem wesentlich größeren Bauvolumen des Arbeitszylinders, so daß der Arbeitszylin­ der für viele Einsatzfälle nicht geeignet ist. Des weite­ ren ist eine nachträgliche Umrüstung vorhandener Arbeits­ zylinder gar nicht oder nur mit erheblichem Zusatzaufwand möglich.

Ähnliche Probleme bringt der aus der DE 85 07 512 U1 be­ kannte Vorschlag mit sich. Hieraus ist eine Positionsan­ zeigevorrichtung bekannt, die im Hydraulikteil des Ar­ beitszylinders untergebracht ist. Sie besteht aus einer drehbaren Rolle, auf die ein Bandkörper aufgewickelt ist, dessen Ende am Kolben befestigt ist. Der Bandkörper ist mit einem Rollenmaßband vergleichbar, das abtastbare Mar­ kierungen trägt. Ein im Arbeitszylinder ortsfest gehalte­ ner Sensor tastet diese Markierungen ab. Zusätzlich ist eine Zwischenwand zum Schutz der Positionsanzeigevorrich­ tung und des Sensors im Hydraulikraum vorhanden. Dieser Vorschlag bedingt ebenfalls ein größeres Bauvolumen der Arbeitszylinder. Nachteilig ist weiterhin, daß die Posi­ tionsanzeigevorrichtung im Hydraulikteil selbst liegt und vom pulsierenden Druckmedium umspült ist. Dies führt zu Meßungenauigkeiten. Auch ist die Positionsanzeigevorrich­ tung störanfällig. Insbesondere für den Einsatz im unter­ tägigen Bergbau mit seinen rauhen Betriebsverhältnissen ist eine solche Wegmeßeinrichtung nicht geeignet.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine einfache und wirtschaftliche Vor­ richtung zur Ermittlung des Kolbenhubs eines druckmittel­ betätigten Arbeitszylinders zu schaffen, welche insbeson­ dere auch eine einfache Nachrüstung vorhandener Arbeits­ zylinder erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß dem Kolben eines Arbeitszylinders eine flexible Meßleitung zugeord­ net ist, welche z. B. vom Kolben durch eine Druckmittel­ leitung bis zum Auswerter geführt ist. Hier wird die Meß­ leitung insbesondere in einer Speichereinheit bevorratet und in der Regel unter Vorspannung gehalten. Bevorzugt wird es sich bei der Speichereinheit um eine Trommel han­ deln.

In der einfachsten Ausführungsform besteht die Meßleitung aus einem Draht. Dieser kann aus Metall oder Kunststoff gebildet sein. Auch der Einsatz eines ummantelten Drahtes ist denkbar.

Eine permanente Vorspannung der Meßleitung kann in vor­ teilhafter Weise durch einen Federspanner erzeugt werden. Es ist aber auch denkbar, die Vorspannung nur dann wirk­ sam werden zu lassen, wenn der Rückzylinder betätigt wird. Selbstverständlich können in die Vorrichtung auch Freiläufe oder Sperren in die eine bzw. andere Richtung vorgesehen werden.

Über den Auswerter wird der Arbeitshub des Kolbens ermit­ telt. Dabei wird die lineare Bewegung des Kolbens über die Meßleitung in eine rotatorische Bewegung der Spei­ chereinheit umgesetzt. Diese Drehbewegung wird dann von einem angekoppelten Meßwertaufnehmer meßtechnisch erfaßt. In der Praxis bietet sich der Einsatz eines Drehpotentio­ meters an.

Auf diese Weise wird der vom Kolben zurückgelegte Weg er­ mittelt, in elektrische Signale umgesetzt und entspre­ chend ausgewertet. Eine Messung des Weges ist sowohl beim Ausfahren als auch beim Einfahren des Kolbens möglich.

Der Auswerter ist insbesondere von einem druckmitteldich­ ten Gehäuse umschlossen. Durch das Gehäuse wird lediglich die Welle der Speichereinheit geführt. Diese läßt sich gegenüber dem Gehäuse zuverlässig abdichten. Mit der Welle ist dann schlagwettergeschützt der Meßwertaufnehmer verbunden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl bei Einfach­ teleskopzylindern als auch bei Mehrfachteleskopzylindern eingesetzt werden. Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die Meßleitung durch eine Druckmittelleitung geführt ist. Damit ist die Meßleitung den äußeren Ein­ flüssen des sehr rauhen Betriebes unter Tage entzogen und weitgehend vor Beschädigungen geschützt.

Der Auswerter kann an geschützter Stelle im Schreitausbau untergebracht werden. Vorteilhaft wirkt sich hierbei ins­ besondere aus, daß elektrische Leitungen für die Übertra­ gung der Signale vom Arbeitszylinder zum Auswerter ent­ fallen. Elektrische Anschlüsse sind nur bis zum geschützt liegenden Auswerter erforderlich.

Damit ist eine einfache und kostengünstige Lösung zur Er­ mittlung des Kolbenhubs geschaffen worden, welche sich auch für einen einfachen und kostengünstigen nachträgli­ chen Umbau vorhandener Arbeitszylinder eignet.

Erfindungsgemäß ausgerüstete Arbeitszylinder können zu­ sammen mit einer hydraulischen oder elektrohydraulischen Ausbausteuerung in untertägigen Bergbaubetrieben zur Durchführung einer Gleichlauf- oder Nachlaufsteuerung von Arbeitszylindern, wie beispielsweise Schreit- und Rück­ zylindern, Kappenvorschubzylindern und dergleichen ein­ gesetzt werden. Sie sind insbesondere zur Messung der Rückwege und damit zur Messung des Abbaufortschritts ge­ eignet. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Art der Weg­ messung ist für beide Hubrichtungen des Kolbens gleicher­ maßen gut geeignet. Das bedeutet, daß eine genaue Wegmes­ sung auch dann möglich ist, wenn beispielsweise bei Rück­ zylindern für Förder- und Gewinnungsanlagen eine gegen­ läufige Hubrichtung möglich ist, wie dies beispielsweise durch die sogenannte "Atembewegung", d. h. dadurch, daß der Förderer von der durch fahrenden Gewinnungsmaschine (dem Hobel) zurückgedrückt wird. Die sich nach dem Hobel­ durchgang vollziehenden Rückstellbewegungen können meß­ technisch ausgeglichen werden, und verfälschen das Meßer­ gebnis nicht.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrie­ ben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Ermittlung des Kolbenhubs eines hydrau­ lisch beaufschlagbaren Arbeitszylinders und

Fig. 2 einen Auswerter für die Vorrichtung der Figur, ebenfalls im Schema.

Fig. 1 zeigt eine mit einem hydraulisch beaufschlagbaren Arbeitszylinder 1 zusammenwirkende Meßvorrichtung. Im Zy­ lindergehäuse 2 des Arbeitszylinders 1 ist ein Kolben 3 mit einer Kolbenstange 4 längsverschieblich angeordnet. Weiterhin weist der Arbeitszylinder I Anschlüsse 5 für die Zu- und Ableitung der Hydraulikflüssigkeit auf. Über Hydraulikleitungen 6, 6′ ist der Arbeitszylinder 1 mit einer Steuerung 7 verbunden, welche die Betätigung des Arbeitszylinders 1 regelt.

An den Kolben 3 ist eine aus einem Drahtseil bestehende Meßleitung 8 angeschlossen und durch die Hydraulikleitung 6′ zu einem Auswerter 9 geführt.

Der prinzipielle Aufbau des Auswerters 9 ist aus der Fig. 2 erkennbar. Die Meßleitung 8 ist mit einer Speicher­ trommel 10 verbunden. Die Speichertrommel 10 besteht im wesentlichen aus einer drehbar gelagerten Welle 11 mit zwei Leitscheiben 12 und einem diesen zugeordneten Feder­ spanner 13. Diese sind in einem Gehäuse 14 druckmittel­ dicht untergebracht.

Die Welle 11 ist mit einem Ende 15 aus dem Gehäuse 14 ge­ führt und mit einem Drehpotentiometer 16 gekoppelt.

Das Drehpotentiometer 16 ist in einem Anschlußgehäuse 17 untergebracht, welches es vor Schmutz und Beschädigung schützt und über elektrische Leitungen 18 mit der aus Fig. 1 ersichtlichen Steuerung 7 verbunden.

Bei einer Bewegung des Kolbens 3 im Arbeitszylinder 1 wird die Meßleitung 8 zwangsläufig mitbewegt. Dabei wird eine entsprechende Drehbewegung der unter der permanenten Vorspannung des Federspanners 13 stehenden Speichertrom­ mel 10 erzeugt. Die von der Speichertrommel 10 über die Welle 11 erzeugte Drehbewegung und das Drehpotentiometer 16 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Widerstandsän­ derung in dem Drehpotentiometer 16 dem Hub des Kolbens 3 entspricht. Die Widerstandsänderung wird dann meßtech­ nisch ausgewertet und für Steuerungsvorgänge eingesetzt. Damit ist eine einfache Möglichkeit gegeben, ein der aus­ gefahrenen Länge der Kolbenstange 4 proportionales Meßsi­ gnal mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu erzeugen.

Bezugszeichenliste

1 Arbeitszylinder
2 Zylindergehäuse
3 Kolben
4 Kolbenstange
5 Anschlüsse
6 Hydraulikleitung
6′ Hydraulikleitung
7 Steuerung
8 Meßleitung
9 Auswerter
10 Speichertrommel
11 Welle
12 Leitscheibe
13 Federspanner
14 Gehäuse
15 Ende von 11
16 Drehpotentiometer
17 Anschlußgehäuse
18 Leitung

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Kolbenhubs eines druckmittelbetätigten Arbeitszylinders (1), insbeson­ dere für bergbauliche Untertagebetriebe, mit einem Zylindergehäuse (2), einem Kolben (3) mit Kolben­ stange (4) und einem Auswerter (9), wobei der Kolben (3) we­ nigstens mittelbar mit einer flexiblen Meßleitung (8) verbunden ist, welche durch eine zwischen dem Zylindergehäuse (2) und dem Auswerter (9) angeordnete Druckmittellei­ tung (6, 6′) zum Auswerter (9) geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßleitung (8) unter Vorspannung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerter (9) einen elektrischen Meßwertaufnehmer (16), insbeson­ dere ein Drehpotentiometer, umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerter (9) eine Speichereinheit (10) für die Meß­ leitung (8) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerter (9) über ein druckmitteldichtes Gehäuse (14) verfügt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitung (8) aus einem druckmittelresistenten Draht besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitung (8) ummantelt ist.