DE4438166C2 - Device for determining the piston stroke of a pressure-actuated working cylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Kolbenhubs eines druckmittelbetätigten Arbeitszylin­ ders.The invention relates to a device for determination the piston stroke of a pressure-operated working cylinder otherwise.

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. The displacement measurement of the piston stroke is in underground mining when optimizing the planing process by way-controlled back of particular importance. From the DE-PS 32 25 342 it is for measuring the progress of dismantling knows in a cylinder, especially in a Back cylinder of the hydraulic step extension, an inte Use grated path measuring device. At this distance measurement the working stroke is set up by a hollow Piston rod integrated rotary plunger with ret switched rotary potentiometer measured. On in this way the path covered by the expansion of the steps becomes determined, converted into electrical signals, transmitted and evaluated accordingly.  

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.The measurement of the piston stroke can also be wide ren applications or in operations of Be be an interpretation, e.g. B. in the back of tunneling machines or reverse conveyor, for tensioning the pull ropes from on monorails, etc.

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.Frequently, however, the measuring devices have proven to be too proved susceptible to underground operations, so that The results achieved are not those required for the installation justify maneuverable effort. Also an afterthought The retrofitting of the working cylinders often fails because of that with associated high costs.

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.A further disadvantage of known devices is that that the actual transducers, for example Rotary potentiometer, attached to the outside of the cylinder housing are. This means that there are additional components on the cylinders required to protect the rotary potentiometer from damage to protect. This in turn leads to larger dimensions the working cylinder, what under the cramped conditions is also a disadvantage in underground mining. Also are the sealing problems between the measurement and the Hydraulic part not always manageable to satisfaction.

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.In addition, the working cylinders are susceptible to faults leading electrical cables. Here it can be damaged damage, which may then be the cause of circumstances longer downtimes.

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.From US 31 60 836 it is already known a flexi ble measuring line to couple to the piston and from there into an additional housing attached to the cylinder lead in which a transducer is housed. Inevitably, the working cylinder must be functional experience the measuring device adapted change. This already requires a higher level of manufacturing technology wall. However, it also leads to a much larger one Construction volume of the working cylinder, so that the working cylinder which is not suitable for many applications. The far ren is a retrofitting of existing work cylinder not at all or only with considerable additional effort possible.

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.Similar problems are brought about by DE 85 07 512 U1 knew proposal with himself. This is a position Show device known in the hydraulic part of the Ar beitszylinders is housed. It consists of one rotatable roll on which a tape body is wound, the end of which is attached to the piston. The band body is comparable to a roller tape measure, the palpable Mar cations carries. A stationary in the cylinder A sensor scans these markings. In addition is an intermediate wall to protect the position indicator device and the sensor in the hydraulic room. This Proposal also requires a larger construction volume Working cylinder. Another disadvantage is that the Posi tion display device in the hydraulic part itself and is surrounded by the pulsating pressure medium. this leads to Measurement inaccuracies. The position indicator is also tion prone to failure. Especially for use in the under day mining with its harsh operating conditions such a measuring device is not suitable.

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. The invention is based on the prior art Task based on a simple and economical pre Direction for determining the piston stroke of a pressure medium to operate actuated cylinders, which in particular easy retrofitting of existing work cylinder allowed.  

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.According to the invention, this object is achieved in the features of claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.Form further advantageous embodiments of the invention Subject matter of claims 2 to 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.The invention is characterized in that the piston assigned a flexible measuring line to a working cylinder is net, which z. B. from the piston by a pressure medium line to the evaluator. Here the measurement line in particular stored in a storage unit and usually kept under tension. Prefers the storage unit will be a drum 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.In the simplest embodiment, there is the measuring line from a wire. This can be made of metal or plastic be educated. Also the use of a covered wire is conceivable.

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.A permanent pre-tensioning of the measuring line can be done in front partially generated by a spring tensioner. However, it is also conceivable that the prestressing is only effective to be released when the back cylinder is actuated becomes. Of course you can also in the device Freewheels or locks in one direction or the other be provided.

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. The working stroke of the piston is determined via the evaluator telt. The linear movement of the piston is over the measuring line in a rotational movement of the Spei unit implemented. This rotary movement is then by a coupled transducer is measured. In practice, the use of a potentiometer is useful meters.  

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.In this way, the distance covered by the piston becomes him averaged, converted into electrical signals and correspond evaluated accordingly. A measurement of the path is both with Extending as well as retracting the piston possible.

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.The evaluator is particularly fluid-tight enclosed housing. The housing is only guided the shaft of the storage unit. This can be seal reliably against the housing. With the The shaft is then protected against firedamp connected.

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.The device according to the invention can be used both in simple telescopic cylinders as well as with multiple telescopic cylinders be used. It is particularly characterized by this that the measuring line through a pressure medium line is led. So that the measuring line is the outer one deprived of very harsh operation underground and largely protected from damage.

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.The evaluator can at a protected point in the expansion of the steps be accommodated. This has an advantageous effect special from that electrical lines for the transfer signals from the working cylinder to the evaluator fall. Electrical connections are only protected up to lying evaluator required.

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.This is a simple and inexpensive solution to Er averaging the piston stroke has been created also for simple and inexpensive retrofitting Chen conversion of existing working cylinders is suitable.

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.Working cylinders equipped according to the invention can together with a hydraulic or electrohydraulic Expansion control in underground mining operations for Execution of a synchronization or tracking control of  Working cylinders, such as stride and back cylinders, cap feed cylinders and the like be set. They are especially for measuring the Return paths and thus to measure the progress of mining is suitable. The type of path proposed according to the invention measurement is the same for both stroke directions of the piston moderately suitable. That means that an exact way solution is also possible if, for example, with Rück cylinders for conveyor and extraction systems one against Common stroke direction is possible, such as this through the so-called "breathing movement", i.e. H. as a result of that the conveyor of the mining machine moving through (the plane) is pushed back. Which is after the plane Continuous reset movements can be measured be technically balanced, and falsify the knife not result.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrie­ ben. Es zeigen:The invention is based on a in the drawing Solutions described embodiments described in more detail ben. Show it:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Ermittlung des Kolbenhubs eines hydrau­ lisch beaufschlagbaren Arbeitszylinders und Fig. 1 shows a schematic representation of a device for determining the piston stroke of a hydraulic cylinder and act

Fig. 2 einen Auswerter für die Vorrichtung der Figur, ebenfalls im Schema. Fig. 2 shows an evaluator for the device of the figure, also in the diagram.

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. Fig. 1 shows a co-operating with a hydraulically loadable working cylinder 1 the measuring device. In Zy cylinder housing 2 of the working cylinder 1 , a piston 3 with a piston rod 4 is arranged to be longitudinally displaceable. Furthermore, the working cylinder I has connections 5 for the supply and discharge of the hydraulic fluid. Via hydraulic lines 6 , 6 ', the working cylinder 1 is connected to a controller 7 , which controls the actuation of the working cylinder 1 .

An den Kolben 3 ist eine aus einem Drahtseil bestehende Meßleitung 8 angeschlossen und durch die Hydraulikleitung 6′ zu einem Auswerter 9 geführt.At the piston 3 , a measuring line 8 consisting of a wire rope is connected and through the hydraulic line 6 'to an evaluator 9 .

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.The basic structure of the evaluator 9 can be seen from FIG. 2. The measuring line 8 is connected to a storage drum 10 . The storage drum 10 consists essentially of a rotatably mounted shaft 11 with two guide disks 12 and a spring tensioner 13 associated therewith. These are tightly housed in a housing 14 pressure medium.

Die Welle 11 ist mit einem Ende 15 aus dem Gehäuse 14 ge­ führt und mit einem Drehpotentiometer 16 gekoppelt.The shaft 11 is ge with one end 15 out of the housing 14 and coupled to a rotary potentiometer 16 .

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.The rotary potentiometer 16 is accommodated in a connection housing 17 which protects it from dirt and damage and is connected via electrical lines 18 to the controller 7 shown in FIG. 1.

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.When the piston 3 moves in the working cylinder 1 , the measuring line 8 is also moved. A corresponding rotary movement of the standing under the permanent bias of the spring tensioner 13 Speichertrom mel 10 is generated. The rotary movement generated by the storage drum 10 via the shaft 11 and the rotary potentiometer 16 are matched to one another such that the resistance change in the rotary potentiometer 16 corresponds to the stroke of the piston 3 . The change in resistance is then metrologically evaluated and used for control processes. This provides a simple possibility to generate a signal which is proportional to the length of the piston rod 4 and has a high degree of accuracy.

BezugszeichenlisteReference list

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 1 working cylinder
2 cylinder housings
3 pistons
4 piston rod
5 connections
6 hydraulic line
6 ′ hydraulic line
7 control
8 measuring line
9 evaluators
10 storage drum
11 wave
12 guide disc
13 spring clamps
14 housing
15 end of 11
16 rotary potentiometers
17 connection housing
18 management

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.1. Device for determining the piston stroke of a pressure-actuated working cylinder ( 1 ), in particular for mining underground operations, with a cylinder housing ( 2 ), a piston ( 3 ) with piston rod ( 4 ) and an evaluator ( 9 ), the piston ( 3 ) we at least indirectly connected to a flexible measuring line ( 8 ) which is guided by a pressure medium line ( 6 , 6 ') between the cylinder housing ( 2 ) and the evaluator ( 9 ) to the evaluator ( 9 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßleitung (8) unter Vorspannung steht.2. Device according to claim 1, characterized in that the measuring line ( 8 ) is under tension. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerter (9) einen elektrischen Meßwertaufnehmer (16), insbeson­ dere ein Drehpotentiometer, umfaßt.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluator ( 9 ) comprises an electrical transducer ( 16 ), in particular a rotary potentiometer. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerter (9) eine Speichereinheit (10) für die Meß­ leitung (8) aufweist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the evaluator ( 9 ) has a storage unit ( 10 ) for the measuring line ( 8 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerter (9) über ein druckmitteldichtes Gehäuse (14) verfügt. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the evaluator ( 9 ) has a pressure-tight housing ( 14 ). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitung (8) aus einem druckmittelresistenten Draht besteht.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring line ( 8 ) consists of a pressure-resistant wire. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitung (8) ummantelt ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring line ( 8 ) is sheathed.