KÜSEL, Bernd (Schafshagenberg 31 a, Hamburg, 21077, DE)
| Patentansprüche 1. Einrichtung zur kontinuierlichen und zerstörungsfreien Überwachung der Verbindung (18) eines Fördergurtes (2, 13) mit einer tragseitigen Deckplatte (3, 14) und laufseitigen Deckplatte (4, 15) aus jeweils einem elastomeren Werkstoff sowie mit einem eingebetteten Zugträger (16), wobei unter Bewegung des Fördergurtes (2, 13) eine Strahlenquelle (10) in Richtung Gurtoberfläche Strahlen (11) aussendet, die derart energiereich sind, dass diese den Fördergurt (2, 13) und dessen Verbindung (18) innerhalb eines materialfreien Bereiches durchstrahlen, wobei ein Sensor (12) die durchgegangenen Strahlen (11) berührungslos erfasst, wobei ferner ein Prozessrechner das Ergebnis der Durchstrahlungsprüfung auswertet, und zwar unter Erfassung der Ist -Verbindungswerten bei Abgleich mit den Soll- Verbindungswerten und den Verbindungsgrenzwerten, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (10) und der Sensor (12) in einem Gehäuse (7) untergebracht sind, wobei zwischen der Strahlenquelle (10) und dem Sensor (12) zwei Gehäuseöffnungen (8, 9) vorhanden sind, durch die der sich bewegende Fördergurt (2, 13) und dessen Verbindung (18) berührungslos verläuft. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (10) Röntgenstrahlen aussendet. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (10) eine Röntgenröhre ist. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (10) im Gehäuse (7) derart angeordnet ist, dass diese die gesamte Breite des Fördergurtes (2,13) und dessen Verbindung (18) erfasst. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (10) im Gehäuse (7) derart angeordnet ist, dass diese die beiden Randbereiche (A) des Fördergurtes (2, 13) und dessen Verbindung (18) erfasst. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine versetzbare Strahlenquelle (10) ein Längstreifensystem des Fördergurtes (2, 13) und dessen Verbindung (18) erfasst. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (10) die tragseitige Deckplatte (3, 14) und der Sensor (12) die laufseitige Deckplatte (4, 15) erfasst. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) ein Zeilensensor ist. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) ein Einzelsensor ist. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) eine Sensorenkette umfasst. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseöffnungen (8, 9) für den bewegenden Fördergurt (2, 13) Breitschlitze sind. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) im Untertrum einer Förderanlage (1) angeordnet ist. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) im Boden versenkt ist. 14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Gehäuse (7) mit integrierter Strahlenquelle (10, 22) und integriertem Sensor (12) die Durchstrahlungsprüfung durchführt. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei separate Gehäuse (7) mit jeweils einer integrierten Strahlenquelle (10) und einem integrierten Sensor (12) eine jeweilige Durchstrahlungsprüfung durchführen. |
Einrichtung zur Überwachung der Verbindung eines Fördergurtes mittels energiereicher Strahlen, insbesondere Röntgenstrahlen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen und zerstörungsfreien Überwachung der Verbindung eines Fördergurtes mit einer tragseitigen Deckplatte und laufseitigen Deckplatte aus jeweils einem elastomeren Werkstoff sowie mit einem eingebetteten Zugträger, wobei unter Bewegung des Fördergurtes eine Strahlenquelle in Richtung Gurtoberfläche Strahlen aussendet, die derart energiereich sind, dass diese den Fördergurt und somit auch dessen Verbindung innerhalb eines materialfreien Bereiches durchstrahlen, wobei ein Sensor die durchgegangenen Strahlen berührungslos erfasst, wobei ferner ein Prozessrechner das Ergebnis der Durchstrahlungsprüfung auswertet, und zwar unter Erfassung der Ist- Verbindungswerten bei Abgleich mit den Soll- Verbindungswerten sowie den Verbindungsgrenzwerten. Die Verbindungen von Fördergurten werden allgemein als Bereiche einer Förderanlage betrachtet, denen besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit gebührt. Dies liegt darin, dass in diesem Bereich die Zugkräfte vom Zugträger in Form von Seilen aus Stahl oder Aramid oder in Form eines ein- oder mehrlagigen Gewebes in den Elastomerwerkstoff der Verbindung und wieder in den Zugträger der nachfolgenden Gurtlänge übergehen. Dabei wird die Gurtzugkraft sowohl den Elastomerwerkstoff mit Schubspannungen beanspruchen als auch die Haftung zwischen dem Elastomerwerkstoff und dem Zugträger. Es muss außerdem davon ausgegangen werden, dass die Spannungsverteilung innerhalb der Verbindung und in den Übergangsbereichen nicht homogen sein wird, so dass immer Bereiche vorhanden sein werden, von denen aus ein Versagen der Verbindung nach entsprechend langen
Einsatzzeiten ausgehen kann. Da das Versagen einer Fördergurtverbindung ein sehr großes Gefahrenpotential und ein beträchtliches ökonomisches Risiko darstellt, müssen solche Ereignisse vermieden werden. Von den Betreibern der Fördergurtanlagen werden deshalb Überwachungseinrichtungen für Fördergurtverbindungen verlangt, die ein beginnendes Versagen rechtzeitig ankündigen und Instandsetzungsmaßnahmen einzuleiten gestatten, ehe es zum Bruch der Verbindung kommt.
Neben regelmäßigen Inspektionen, bei denen äußere Beschädigungen visuell erfasst werden, bietet sich eine kontinuierlich, automatische Überwachung der gesamten
Verbindungslänge oder einzelner diskreter Zonen der Verbindung an, die beispielsweise bei mehrstufigen Stahlseilgurtverbindungen die Auslenkzonen und sogenannten Rapporte sein können. Dabei wird von der Vorstellung ausgegangen, dass im Normalbetrieb (nicht bei extremer Überlastung!) eine Verbindung nicht schlagartig als Ganzes versagt, sondern dass ein Versagen von einzelnen Bereichen der Verbindung ausgeht. Dabei werden die verbleibenden, intakten Bereiche eine höhere Belastung erfahren, was zu einer höheren Dehnung und somit zu einer Längenzunahme der belasteten Verbindung führt.
Die an definierten Stellen der Fördergurtanlage erfassten Längen der Verbindung bzw. Referenzstrecken müssen mit Sollwerten und Grenzwerten verglichen werden, bei deren Überschreitung eine Warnmeldung oder gar ein Stillsetzen der Förderanlage erfolgt.
Mit der Fördergurtverbindungsüberwachung sind daher zahlreiche Entwicklungen verbunden, wobei im Folgenden insbesondere auf folgende Patentliteratur verwiesen wird:
DE 195 25 326 Cl
WO 99/41567 AI
US 4 020 945
US 5 291 131 Die bislang bedeutendste Fördergurtverbindungsüberwachung mit Einsatz bei
Großförderanlagen beschreibt dabei die Druckschrift WO 99/41567 AI, wobei das diesbezügliche Überwachungssystem folgende Bauteile umfasst, nämlich Messmarken, ein Messmarkendetektionssystem, eine Signalaufbereitung für das Messmarkendetektions- System auf der Basis einer Zeitmessung, ein Identifikationssystem mit Adresse,
Adressendetektor und Lesegerät, ein Zeitmessglied, verschiedene Messysteme zur Ermittlung der Gurt- und Umgebungstemperatur sowie der Gurtzugkraft und schließlich ein Prozessrechner zwecks Auswertung aller Daten. Nachteilig ist dabei die Vielzahl von Überwachungsbauteilen, wobei einzelne Bauteile störanfällig sind sowie teilweise nur noch schwierig bzw. kostenintensiv zu beziehen sind, was die Grenzen der Wirtschaftlichkeit aufzeigt.
In der jüngeren Vergangenheit wurde daher eine Überwachungseinrichtung für Fördergurte mittels energiereicher Strahlen vorangetrieben, die insbesondere in folgender
Patentliteratur beschrieben ist:
DE 35 17 314 AI
WO 2006/066519 AI
JP 04158208 A (Patent Abstracts of Japan)
JP 2000292371 A (Patent Abstracts of Japan)
Allerdings ist diese Entwicklung, insbesondere im Hinblick auf die
Fördergurtverbindungsüberwachung, noch unausgereift.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die Einrichtung gemäß
WO 2006/066519 AI derart weiterzuentwickeln, dass eine Erkennung von sowohl internen als auch externen Problemen der Verbindung eines Fördergurtes möglich ist. Auch soll hiermit die Lage und Geometrie der im Fördergurt einvulkanisierten Zugträger, insbesondere in Form von Zugträgerseilen, im Verbindungsbereich erfasst werden. Darüber hinaus soll die Fördergurtverbindungsüberwachung kontinuierlich und
störungsfrei von äußeren Einflüssen sowie umweltschonend durchführbar sein.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Strahlenquelle und der Sensor in einem Gehäuse untergebracht sind, wobei zwischen der Strahlenquelle und dem Sensor zwei Gehäuseöffnungen vorhanden sind, durch die der sich bewegende Fördergurt und dessen Verbindung berührungslos verläuft.
Die Strahlenquelle sendet insbesondere Röntgenstrahlen aus, insbesondere wiederum in Form einer Röntgenröhre. Innerhalb des Gehäuses ist die Strahlenquelle derart angeordnet, dass die Gurtoberfläche nach folgenden drei Varianten I, II oder III durch die Strahlen erfassbar ist:
— Variante I
Die Strahlenquelle erfasst die gesamte Breite des Fördergurtes und dessen
Verbindung. Dies ist vorzugsweise dann der Fall, wenn der Fördergurt nicht allzu breit ist, beispielsweise bis 1000 mm. — Variante II
Die Strahlenquelle erfasst nur die beiden Randbereiche des Fördergurtes und dessen Verbindung. Ist beispielsweise der Fördergurt 2000 mm breit, so werden die beiden Randbereiche mit einer Dimension von je 200 bis 300 mm erfasst. Bei
Stahlseilfördergurten erfasst dabei jeder Randbereich zumindest einen Seilrapport. Bei
Textilfördergurten, beispielsweise mit einer Fingerverbindung, reicht die
Überwachung jeweils eines Fingerendes auf jeder Seite.
Bei dieser Variante kommen zwei separate Strahlenquellen, insbesondere in Form von zwei separaten Röntgenröhren, zum Einsatz, wobei jeder Randbereich von einer Strahlenquelle versorgt wird. Insbesondere bei der ausschließlichen Erfassung der Randbereiche eines Fördergurtes nach der Variante II wird ein hoch auflösendes System aus Strahlenquelle und Sensor eingesetzt, weil die zu erkennenden Abstände der Seilenden bei hoher
Geschwindigkeit nur einige Zentimeter betragen.
— Variante III
Große Überland-Fördergurte, für die die Überwachung von besonderer Bedeutung ist, sind in der Regel bis zu 2800 mm breit. Da insbesondere die Röntgenröhren verhältnismäßig teuer sind, wird der Fördergurt bei Einsatz einer einzigen
Röntgenröhre in Längsstreifen (Segmente) aufgeteilt. Wenn beispielsweise der Fördergurt eine Breite von 2000 mm aufweist, so wird dieser in vier Längsstreifen mit jeweils einer Breite von 500 mm aufgeteilt. Nach jedem Umlauf wird die
Röntgenröhre um 500 mm versetzt. Ein 2000 mm breiter Fördergurt und dessen
Verbindung wären dann in vier Umläufen komplett aufgezeichnet.
Gegenüber der Strahlenquelle, also auf der anderen Seite des sich bewegenden
Fördergurtes, werden die Strahlen von Sensoren, umfassend auch lichtempfindliche Chips, erfasst. Um auch bei einer hohen Geschwindigkeit eines Fördergurtes, die üblicherweise bei 6 m/s liegt, eine gute Auflösung, beispielsweise von 3 mm, zu bekommen, werden vorzugsweise Zeilensensoren eingesetzt. Der Sensor kann ferner als Einzelsensor oder als Sensorenkette wirken. Die Dimension eines Sensors richtet sich insbesondere danach, nach welcher der drei vorgenannten Varianten I, II oder III die Strahlenquelle das Ausmaß der Fördergurtbreite erfasst. Bei der Variante III kann ein versetzbarer Sensor zum Einsatz gelangen.
Die Intensität der empfangenen Strahlen in Verbindung mit der anschließenden
Auswertung der Grauwerte mittels einer speziellen Bildverarbeitungs-Software erlaubt Rückschlüsse über die Beschaffenheit der Fördergurtverbindung. Die Daten der von der einwandfreien Beschaffenheit der Fördergurtverbindung abweichenden Stellen werden schließlich in Echtzeit ausgewertet und führen,
beispielsweise über individuelle Schwellwert-Datenfüter, automatisch zu
Fehlermeldungen. Die Daten werden außerdem graphisch ausgewertet.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Anordnung eines Gehäuses mit integrierter Strahlenquelle und Sensor innerhalb einer laufenden Förderanlage;
Fig. 2 den Aufbau eines Stahlseilfördergurtes;
Fig. 3 die Verbindung eines Stahlseilfördergurtes mit Seilrapporten.
Fig. 1 zeigt eine Förderanlage 1 mit einem Fördergurt 2, umfassend eine tragseitige Deckplatte 3 und eine laufseitige Deckplatte 4 aus jeweils einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise aus einer vulkanisierten Kautschukmischung auf Basis von CR, sowie einen eingebetteten Zugträger. Als Zugträger kommen in Fördergurtlängsrichtung verlaufende Seile aus Stahl oder Aramid zum Einsatz, wobei Seile aus Stahl von besonderer Bedeutung sind. Der Zugträger kann auch ein textiles Flächengebilde, insbesondere ein ein- oder mehrlagiges Gewebe, beispielsweise ein Polyester-Polyamid-Gewebe, sein. Der Zugträger eines Stahlseilfördergurtes wird in Verbindung mit der Fig. 2 noch näher vorgestellt.
In Laufrichtung (Pfeilrichtung) wird der Fördergurt 2 um eine Trommel 5
(Antriebstrommel, Umkehrtrommel) geführt. Die laufseitige Deckplatte 4 stützt sich dabei auf Tragrollen 6 ab.
In die Förderanlage 1 ist nun innerhalb des Untertrums ein Gehäuse 7 eingebaut, das zwei Gehäuseöffnungen 8 und 9 besitzt, durch die der sich bewegende Fördergurt 2 bei normaler Betriebsgeschwindigkeit in Laufrichtung geführt wird. Die beiden Gehäuseöffnungen sind zumeist als entsprechend große Breitschlitze ausgebildet, durch die der materialfreie Fördergurt berührungslos hindurchführbar ist.
Innerhalb des Gehäuses 7 ist nun eine Strahlenquelle 10, insbesondere in Form einer Röntgenröhre, untergebracht. Die Strahlenquelle mit ihren energiereichen Strahlen 11 , insbesondere wiederum in Form von Röntgenstrahlen, erfasst die tragseitige Deckplatte 3. Hinsichtlich der Erfassung wird auf die zuvor erwähnten drei Varianten I, II oder III verwiesen. Ein Sensor 12, der im näheren Bereich der laufseitigen Deckplatte 4 angeordnet ist, erfasst berührungslos (d.h. verschleißfrei) die durchgegangenen Strahlen 11. Der Sensor ist dabei insbesondere als Zeilensensor ausgebildet. Ein Prozessrechner wertet schließlich das Ergebnis der Durchstrahlungsprüfung aus.
Der Einbau des Gehäuses 7, insbesondere als käufliches Röntgengerät, erfolgt für die Dauerverwendung vorzugsweise unterhalb der Förderanlage 1 , und zwar im Boden versenkt. Dies ist vorteilhaft,
— weil die durch das Gehäuse 7 eventuell abgegebenen Strahlen 11 durch das
umgebende Erdreich minimiert wird, — weil der Fördergurt 2 dort frei von Verunreinigungen ist und
— weil der Fördergurt 2 dort horizontal durch das Gehäuse 7 geführt werden kann, was für ein einwandfreies Durchleuchten zweckmäßig ist. Das bevorzugt eingesetzte Röntgengerät kann problemlos online angebunden werden, so dass von beliebigen Punkten auf der Welt zusätzliche Auswertungen der gefundenen Daten möglich ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 führt ein einziges Gehäuse mit integrierter Strahlenquelle und integriertem Sensor die Durchstrahlungsprüfung durch, was zumeist auch ausreicht. Bei groß dimensionierten Förderanlagen gemäß Fig. 1 kann es sinnvoll sein, wenigstens zwei Gehäuse einzusetzen, die in einem größeren Abstand zueinander angeordnet sind. Hiermit ist zudem eine Kontrollprüfung verbunden.
Fig. 2 zeigt nun Details eines sich in Laufrichtung (Pfeilrichtung) erstreckenden
Fördergurtes 13 mit einer tragseitigen Deckplatte 14, einer laufseitigen Deckplatte 15, einem eingebetteten Zugträger 16 in Form von parallel verlaufenden Stahlseilen sowie mit einer innerhalb der tragseitigen Deckplatte eingebetteten Querarmierung 17 zwecks Schlitzschutz. Die Querarmierung besteht insbesondere aus Synthesecorden,
beispielsweise aus Polyamid, und erstreckt sich dabei im Wesentlichen über die gesamte Fördergurtbreite (WO 2008/034483 AI).
Die Stahlseile sind in der Regel innerhalb der beiden Randbereiche A einer höheren Belastung durch hohe Gurtzugkräfte ausgesetzt als die Stahlseile innerhalb des
Mittenbereiches B. Es ist daher zumeist ausreichend, im Rahmen der
Durchstrahlungsprüfung die Variante II umzusetzen. Grundsätzlich können jedoch auch die Varianten I und III unter zusätzlicher Erfassung des Mittenbereiches B zur Anwendung gelangen.
Die Fig. 3 zeigt die Verbindung 18 eines Stahlseilfördergurtes. Innerhalb des
Verbindungsbereiches C stoßen die jeweiligen Seilenden aufeinander zu. Jeweils drei aufeinanderzustoßende Seilenden mit unterschiedlichen Seilendenlängen bilden bei diesem Ausführungsbeispiel einen Seilrapport 19. Dieses Strukturkonzept der drei
aufeinanderzustoßenden Seilenden bildet dann über die Breite des Stahlseilfördergurtes die Basis weiterer Seilrapporte. Die Seilenden 20 und 21 weisen an der Stoßstelle 22 einen Abstand D auf.
Bei jedem Umlauf des Fördergurtes werden nun die Stoßstellen 22 der Stahlseile der Verbindungen durchstrahlt, insbesondere mittels Röntgenstrahlen, beispielsweise nach der Variante II ausschließlich innerhalb der beiden Randbereiche A (Fig. 2). Die
Röntgenaufnahme wird in einem Computer gespeichert und mit der Aufnahme derselben Verbindung des vorherigen Umlaufs über ein Rechenprogramm verglichen. Weichen die Stoßstellen 22 der Stahlseile über ein vorgegebenes Maß hinaus ab, wird von der Software ein akustisches und/oder optisches Signal oder eine automatische Stillsetzung der
Förderanlage ausgelöst. Die Abweichungen betragen, je nach Beladungszustand des Fördergurtes und der Umgebungstemperatur, einige Millimeter oder Zentimeter. Ist ein kritisches Maß erreicht, würde sich die Verbindung öffnen, was schließlich katastrophale Folgen haben kann.
Die Identifizierung der Verbindungen geschieht über eingelegte Nummern oder Ähnliches, die in der Röntgenaufnahme deutlich zu erkennen sind, beispielsweise aus Metall. Die Identifizierung kann auch einfach über die Seillage in der Verbindung erfolgen.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
1 Förderanlage
2 Fördergurt
3 tragseitige Deckplatte
4 laufseitige Deckplatte
5 Trommel
6 Tragrollen
7 Gehäuse
8 Gehäuseöffhung
9 Gehäuseöffhung
10 Strahlenquelle
1 1 Strahlen
12 Sensor (Detektor)
13 Fördergurt
14 tragseitige Deckplatte
15 laufseitige Deckplatte
16 Zugträger in Form von Stahlseilen
17 Querarmierung
18 Verbindung des Fördergurtes
19 Seilrapport
20 Seilende
21 Seilende
22 Stoßsteüe zweier Seilenden
A Randbereich des Fördergurtes B Mittenbereich des Fördergurtes
C Verbindungsbereich des Fördergurtes D Abstand der Seilenden