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Dokumentenidentifikation DE4029735C1 27.02.1992
Titel Verfahren zur Überwachung des Betriebszustandes an einer Maschine des Untertagebergbaues
Anmelder Bochumer Eisenhütte Heintzmann GmbH & Co KG, 4630 Bochum, DE
Erfinder Berger, Karl-Heinz, Dipl.-Ing. (FH), 4352 Herten, DE;
Walbrodt, Peter, Dipl.-Ing. (FH), 4224 Hünxe, DE
Vertreter Andrejewski, W., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Honke, M., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Masch, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Albrecht, R., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 4300 Essen
DE-Anmeldedatum 20.09.1990
DE-Aktenzeichen 4029735
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.02.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.02.1992
IPC-Hauptklasse E21D 23/12
IPC-Nebenklasse E21D 23/16   E21D 15/46   H01F 7/18   
Zusammenfassung Verfahren zur Überwachung des Betriebszustandes einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung an einer Maschine des Untertagebergbaues, insbesondere an einem Schreitausbaugestell, mit zumindest einem Magnetventil mit linear bewegtem Ventilstößel. Die Magnetisierungsspule ist in einem Magnetisierungsstromkreis mit Ein/Aus-Schalter angeordnet, der nach den bergbaulichen Schlagwetter-Schutzvorschriften eingerichtet ist und mit einer niedrigen Spannung sowie mit hoher Stromstärke betrieben wird. In dem Magnetisierungsstromkreis ist ein Spannungsabfallwiderstand angeordnet und dieser wird mit einer Spannungsmeßvorrichtung verbunden, mit der die Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit gemessen werden kann. Zunächst wird bei ordnungsgemäß arbeitendem Magnetventil eine Soll-Kurve der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit aufgenommen. Diese Soll-Kurve wird festgehalten. Danach wird bei der betriebsmäßigen Überwachung des Magnetventils beim Einschalten des Magnetisierungsstromes eine Ist-Kurve der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit aufgenommen und diese mit der Soll-Kurve verglichen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Betriebszustandes einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung an einer Maschine des Untertagebergbaus, insbesondere an einem Schreitausbaugestell, mit zumindest einem Magnetventil mit linear bewegtem Ventilstößel, wobei das Magnetventil eine Magnetisierungsspule hoher Induktivität und einen in der Magnetspule geführten Magnetanker aufweist, der auf den Ventilstößel arbeitet, und wobei die Magnetisierungsspule in einem Magnetisierungsstromkreis mit Ein/Aus-Schalter angeordnet ist, der nach den bergbaulichen Schlagwetter-Schutzvorschriften eingerichtet ist und mit einer niedrigen Spannung sowie mit hoher Stromstärke betrieben wird. Die Schlagwetter-Schutzvorschriften bedingen, daß beispielsweise mit einer Gleichspannung von lediglich 12 Volt gearbeitet wird, bei einer Stromstärke von bis zu etwa 2 Ampere. Die Induktivität liegt aus gleichen Gründen und um mit der angegebenen Spannung bzw. Stromstärke die erforderlichen Stellkräfte zu erzeugen im mH-Bereich.

Bei dem aus der Praxis bekannten Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, wird zur Überwachung des Betriebszustandes der elektrohydraulischen Steuereinrichtung die Stellung des Magnetankers und/oder des Ventilstößels abgefragt. Das macht aufwendige Abfrageeinrichtungen mit mechanischen Hilfsbauteilen erforderlich, die darüber hinaus störanfällig sind, was die Überwachungssicherheit beeinträchtigt.

Bekannt ist es, eine Schaltkontrolle von Magnetventilen in der Weise durchzuführen, daß die Induktivität ihrer Spule im Wege der Strommessung bestimmt wird (DE 37 15 591 A1). Dabei wird das Magnetventil nach dem Einschalten nochmals kurzzeitig abgeschaltet und dann wieder eingeschaltet. Dieser zusätzliche Schaltvorgang kann jedoch zu Störungen des Betriebsablaufes führen. - Es ist auch eine Schaltungsanordnung zur Feststellung einer Fehlfunktion einer Magnetspule bekannt (DE 26 02 906 C2), die jedoch sehr aufwendig ist und lediglich das zu frühe Auftreten und/oder das zu späte Auftreten eines die Endlage des Magnetankers anzeigenden Impulses feststellt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung des Betriebszustandes einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung an einer Maschine des Untertagebergbaus anzugeben, welches auf einfache Weise bei hoher Überwachungssicherheit mit den Hilfsmitteln der modernen Elektrotechnik und Elektronik verwirklicht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß in dem Magnetisierungsstromkreis ein Spannungsabfallwiderstand angeordnet und dieser mit einer Spannungsmeßvorrichtung verbunden wird, mit der die Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit gemessen werden kann, daß zunächst bei ordnungsgemäß arbeitendem Magnetventil eine Soll-Kurve der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit aufgenommen und diese festgehalten wird und daß danach bei der betriebsmäßigen Überwachung des Magnetventils beim Einschalten des Magnetisierungsstromes eine Ist-Kurve der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit aufgenommen und diese mit der Soll-Kurve verglichen wird. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Abweichung der Ist-Kurve von der Soll-Kurve, die ein vorgegebenes Toleranzmaß überschreitet, ein Überwachungssignal ausgelöst, welches beispielsweise einen Alarm auslöst oder die zugeordnete Maschine abschaltet.

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß eine elektrohydraulische Steuereinrichtung an einer Maschine des Untertagebergbaues, wenn sie mit einem Magnetventil ausgerüstet und nach den bergbaulichen Schlagwetter-Schutzvorschriften eingerichtet ist, eine Magnetspule mit hoher Induktivität der angegebenen Stromstärke die erforderlichen Stellkräfte erreicht werden. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß daraus eine Soll-Kurve der Spannungsabfall-Spannung an einem verhältnismäßig niederohmigen Widerstand resultiert, die von null mit einer deutlichen Exponentialfunktion auf die Spannungsabfall-Spannung bei Sättigungsstrom der Magnetisierungsspule ansteigt. Der exponentielle Zweig der Soll-Kurve weist zumeist noch eine Sprungstelle auf, die bei belastet oder unbelastet ordnungsgemäß arbeitendem Magnetventil aus der Tatsache resultiert, daß sich die Eintauchtiefe des Magnetankers in die Magnetspule verändert. Demgegenüber stellt sich bei einem Bruch in einer Leitung des Magnetisierungsstromkreises überhaupt kein Anstieg auf einen Sättigungswert ein. Bei einem Kurzschluß in der Magnetisierungsspule erfolgt praktisch ein linearer Anstieg von null auf einen Maximalwert. Befindet sich beispielsweise der Stößel des Magnetventils beim Einschalten bereits in Endstellung, so entsteht ein exponentieller Zweig in der Kurve der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit, der die beschriebene Sprungstelle nicht aufweist. Befindet sich der Stößel beim Einschalten des Magnetisierungsstromkreises in Ruhestellung, ist er aber aus irgendeinem Störungsgrunde festgeklemmt, so stellt sich ein exponentieller Zweig in der Kurve der Spannungsabfall-Spannung ein, der wesentlich steiler ist als in dem vorbeschriebenen Fall, bei der der Stößel des Magnetventils sich bereits in der Endstellung befindet. Im Ergebnis sind eindeutige Differenzierungen möglich. Mit den Hilfsmitteln der modernen Elektrotechnik und Elektronik können die beschriebenen Vergleiche, auch unter Einsatz von Rechnern, ohne weiteres verwirklicht und zur Anzeige gebracht werden. Werden die Kurven der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit auf einem Bildschirm eines Kathodenstrahloszillographen oder dergleichen abgebildet, und zwar einschließlich der Soll-Kurve, so kann eine Bedienungsperson die Betriebsstörungen an dem Bildschirm auch ablesen. Insofern liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die beschriebenen Kurven der Spannungsabfall-Spannung per Bildschirm angezeigt und lesbar gemacht werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 ein Magnetventil aus einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung an einer Maschine des Untertagebergbaus,

Fig. 2 verschiedene Kurven der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit, die sich bei Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens einstellen.

Das in der Fig. 1 dargestellte Magnetventil 1 gehört einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung an einer Maschine des Untertagebergbaues an.

Insbesondere mag es sich um eine Ausbausteuerung nach DIN 21 569 handeln, die an einem Schreitausbaugestell verwirklicht ist.

Das Magnetventil 1 ist verbunden mit einer Magnetisierungsspule 2 hoher Induktivität und mit in der Magnetisierungsspule 2 geführtem Magnetanker 3, der auf den Ventilstößel 4 arbeitet. In der Fig. 1 ist ausgezogen die Auf-Stellung und strichpunktiert die Schließ- Stellung dargestellt worden. Die Auf-Stellung mag die Ruhestellung sein. Sie wird bei ausgeschalteter Magnetisierungsspule durch eine nichtgezeichnete Rückstellfeder eingestellt.

Die Magnetisierungsspule 2 liegt in einem Magnetisierungsstromkreis 5 mit Ein/Aus-Schalter 6. Der Magnetisierungsstromkreis 5 ist nach den bergbaulichen Schlagwetter-Schutzvorschriften eingerichtet. Er arbeitet mit einer niedrigen Gleichspannung von z. B. 12 V bei einer stationären Stromstärke von bis zu etwa 2 A. Um die erforderlichen Stellkräfte aufzubringen, besitzt die Magnetisierungsspule 2, wie schon angegeben, eine hohe Induktivität. Sie liegt z. B. im mH- Bereich.

Aus der Fig. 1 entnimmt man, daß in dem Magnetisierungsstromkreis 5 ein Spannungsabfallwiderstand 7 angeordnet ist. Dieser ist mit einer Spannungsmeßvorrichtung 8 verbunden, mit der die Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit gemessen werden kann. Die Messung kann ohne weiteres mit den modernen elektrotechnischen und elektronischen Hilfsmitteln durchgeführt werden, die die Meßwerte in Abhängigkeit von der Zeit festhalten oder aufschreiben. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst bei ordnungsgemäß arbeitendem Magnetventil 1 eine Soll-Kurve der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit aufgenommen und festgehalten. Das kann auch im Labor bei Abnahme der elektrohydraulischen Steuereinrichtung bzw. des Magnetventils 1 geschehen. Danach wird bei der betriebsmäßigen Überwachung des Magnetventils 1 beim Einschalten des Magnetisierungsstromes eine Ist-Kurve der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit aufgenommen. Diese wird mit der Soll-Kurve verglichen.

Insoweit wird auf die Fig. 2 Bezug genommen. In der Fig. 2 ist als Ordinate die Spannungsabfall-Spannung U aufgetragen, als Abszisse die Zeit t. Man erkennt in der Fig. 2 zunächst die Soll-Kurve S der Spannungsabfall-Spannung, die von Null mit einem exponentiellen Zweig ansteigt und in den Zweig der Spannungsabfall-Spannung einmündet, die dem Sättigungsstrom der Magnetisierungsspule 2 entspricht. Im exponentiellen Zweig findet sich eine deutliche Sprungstelle Sp. Man erkennt in der Fig. 2 eine Ist-Kurve I1, bei der eine Spannungsabfall-Spannung, die einem Sättigungswert entspricht, nicht erkennbar ist. Diese Ist-Kurve I1 macht deutlich, daß beispielsweise ein Leiter in dem Magnetisierungsstromkreis 5 gebrochen ist, über die Magnetisierungsspule 2 also ein Strom nicht fließt. Die weitere Ist-Kurve I2 macht deutlich, daß zwischen dem Nullwert und dem Sättigungswert ein praktisch linearer Anstieg erfolgt. Das beruht darauf, daß sich in der Magnetisierungsspule 2 ein Kurzschluß eingestellt hat, so daß die Induktivität der Magnetisierungsspule 2 nicht oder kaum ins Spiel kommt.

Besonders interessant sind die Ist-Kurven I3 und I4. Die Ist-Kurve I3 verdeutlicht die Zustände, die sich einstellen, wenn der Ventilstößel 4 vor dem Einschalten der Magnetisierungsspule 2 sich bereits in Endstellung befindet, weil er beispielsweise in der Endstellung verklebt oder festgeklemmt ist. Demgegenüber zeigt die Ist-Kurve I4 die Verhältnisse, bei denen der Ventilstößel 4 beim Einschalten der Magnetisierungsspule 2 sich nicht bewegt, weil er in seiner Ruhestellung festgeklemmt ist. Jedenfalls sind die verschiedenen Betriebszustände deutlich differenzierbar. Folglich kann bei einer Abweichung einer Ist-Kurve I von der Soll-Kurve S, die ein vorgegebenes Toleranzmaß überschreitet, mit den üblichen Hilfsmitteln der Elektrotechnik und Elektronik ein Überwachungssignal ausgelöst werden.

Die Soll-Kurve S zeigt die Verhältnisse ohne Belastung des Ventilstößels 4. Die strichpunktiert eingezeichnete Kurve SB stellt die Soll-Kurve mit Sprungstelle Sp dar, die sich bei Belastung des Ventilstößels 4 und ordnungsgemäßer Arbeitsweise des Magnetventils einstellt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Überwachung des Betriebszustandes einer elektrohydraulischen Steuereinrichtung an einer Maschine des Untertagebergbaues, insbesondere an einem Schreitausbaugestell, mit zumindest einem Magnetventil mit linear bewegtem Ventilstößel,

    wobei das Magnetventil eine Magnetisierungsspule hoher Induktivität und einen in der Magnetspule geführten Magnetanker aufweist, der auf den Ventilstößel arbeitet,

    und wobei die Magnetisierungsspule in einem Magnetisierungsstromkreis mit Ein/Aus-Schalter angeordnet ist, der nach den bergbaulichen Schlagwetter-Schutzvorschriften eingerichtet ist und mit einer niedrigen Spannung sowie mit hoher Stromstärke betrieben wird,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß in dem Magnetisierungsstromkreis ein Spannungsabfallwiderstand angeordnet und dieser mit einer Spannungsmeßvorrichtung verbunden wird, mit der die Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit gemessen werden kann,

    daß zunächst bei ordnungsgemäß arbeitendem Magnetventil eine Soll-Kurve der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit aufgenommen und diese festgehalten wird,

    daß danach bei der betriebsmäßigen Überwachung des Magnetventils beim Einschalten des Magnetisierungsstromes eine Ist-Kurve der Spannungsabfall-Spannung in Abhängigkeit von der Zeit aufgenommen und diese mit der Soll-Kurve verglichen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abweichung der Ist-Kurve von der Soll-Kurve, die ein vorgegebenes Toleranzmaß überschreitet, ein Überwachungssignal ausgelöst wird.






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