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Vorrichtung zur Wiedergabe der momentanen Lage einer mit einer bohrend
arbeitenden Maschine vorgetriebenen Strecke kreisrunden Querschnitts Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Wiedergabe der momentanen Richtung einer mit einer
bohrend arbeitenden Maschine vorgetriebenen Strecke kreisrunden Querschnitts unter
Benutzung eines Kompasses, insbesondere eines Kreiselkompasses, mit einem tragenden
und einem anzeigenden Kompaßteil.
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Unter dem tragenden Kompaßteil wird in der Regel das Kompaßgehäuse
mit der Grundkreiseinteilung verstanden, während der anzeigende Kompaßteil sein
nordsuchender Teil ist.
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Beim Vortrieb von Strecken kreisrunden Querschnitts mit einer bohrend
arbeitenden Maschine sind drei Richtungen, die drei Bezugssystemen entsprechen,
zu unterscheiden. Es handelt sich zunächst um das gebirgsgebundene System, das dem
jeweiligen Koordinatensystem der Grube gleichgesetzt werden kann. Davon ist das
streckengebundene System zu unterscheiden, das die jeweilige Streckenachse und die
hierzu Senkrechte als Koordinaten besitzt. Schließlich gibt es ein maschinengebundenes
System, das aus Koordinaten besteht, die mit der Längsachse der Maschine und der
dazu Senkrechten übereinstimmen.
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Die Richtung der in das maschinengebundene System fallenden Maschinenlängsachse
stimmt im allgemeinen nicht mit der Richtung der einen Teil des streckengebundenen
Systems bildenden Achse der Strecke überein, die mit der Maschine aufgefahren wird.
Die Maschinenlängsachse schließt vielmehr mit der Achse der im jeweiligen Maschinenbereich
aufgefahrenen Strecke einen von örtlichen Bedingungen abhängigen, im allgemeinen
nicht konstanten Winkel ein. Das bedeutet praktisch, daß die Maschinenlängsachse
mehr oder weniger stark um die Richtung der von ihr aufgefahrenen Strecke oszilliert.
Ferner stimmt ohne entsprechende Maßnahmen die Richtung der aufgefahrenen Strecke
mit der angegebenen Sollrichtung (Streckenstunde) im allgemeinen nicht überein,
d. h., das streckengebundene System weist seinerseits einen Richtungsunterschied
gegenüber dem gebirgsgebundenen System auf.
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Es ist bekannt, das gebirgsgebundene System mit dem streckengebundenen
System durch verschiedene markscheiderische Meßverfahren in Beziehung zu setzen.
Dafür kommt vor allem das absatzweise Vortragen der Stunde in Betracht. Solche und
auch andere Verfahren haben den schwerwiegenden Nachteil der Diskontinuierlichkeit
und setzen eine hinreichende Sichtverbindung nach rückwärts voraus. Im Ergebnis
beeinträchtigen diese Meßvorgänge die erreichbare Vortriebsleistung, die an sich
maschinentechnisch erzielt werden könnte. Gemäß einem noch nicht zum Stand der Technik
gehörigen Vorschlag ist bereits dazu übergegangen worden, einen Kreiselkompaß zur
Feststellung der jeweiligen Lage des gebirgsgebundenen Systems zu dem maschinengebundenen
System zu benutzen. In diesem Fall ist der tragende Kompaßteil fest auf der Maschine
angeordnet. Deshalb bleibt die Lage des streckengebundenen Systems gegenüber dem
gebirgsgebundenen System unbekannt, d. h., in die Messung geht als Fehler
der Richtungsunterschied zwischen dem maschinengebundenen System und dem streckengebundenen
System ein. Im Ergebnis wird die an sich auf Grund der Benutzung eines Kreiselkompasses
erzielbare Genauigkeit nicht ausgenutzt.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, unter Vermeidung der
Nachteile vorbekannter Vorschläge ohne eine irgendwie geartete Verbindung nach rückwärts,
d. h. in den Teil der bereits aufgefahrenen Strecke, die Lage des streckengebundenen
Systems gegenüber dem maschinengebundenen System kontinuierlich feststellbar zu
machen, um dadurch bei Ab-
weichungen des streckengebundenen Systems vom gebirgsgebundenen
System Steuermomente nach Größe und Richtung zur Wiederherstellung der Sollage der
Strecke auf die Maschine aufbringen zu können, was mit den an sich bekannten Steuervorrichtungen
auf der Maschine durchgeführt werden kann.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung geschieht dies durch eine Vorrichtung,
die so ausgebildet ist, daß das streckengebundene System mit dem auf der Maschine
fest, aber um eine senkrechte Achse verschwenkbar gelagerten tragenden Kompaßteil
über
zwei in Streckenrichtung hintereinander angeordnete, mit einem
seitlichen Streckenstoß in Verbindung bleibende Taster verbunden ist, wobei die
Taster eine Verbindungsschiene zum tragenden Kompaßteil unabhängig von der Lage
der Maschinenlängsachse parallel zum Streckenstoß mindestens im Bereich der Maschine
halten und der von der. Schiene mit der Maschinenlängsachse eingeschlossene Winkel
kontinuierlich anzeigbar ist. Die Taster können Seitenlaufwerke bilden.
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Zweckmäßig ist ferner eine auf der Maschine angebrachte Skala für
einen von der Schiene selbst gebildeten oder einen an der Schiene festen Zeiger
zur Anzeige des Winkels.
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Der durch die Erfindung erzielbare prinzipielle Vorteil besteht darin,
daß ohne eine irgendwie geartete Verbindung nach rückwärts die Strecke genau in
ihrer Sollrichtung aufgefahren werden kann, wobei das Oszillieren der Maschine um
die Streckenlängsachse bewußt zugelassen wird, ohne indessen die Genauigkeit der
Streckenauffahrung zu beeinträchtigen. Das Fehlen der hiernach im Rahmen der Erfindung
nicht mehr erforderlichen Verbindung nach rückwärts ermöglicht nunmehr auch ein
besonders einfaches Auffahren von Kurven mit der Maschine, was nach Art eines Polygonzuges
oder anderer diesbezüglicher Verfahren geschehen kann. Im Ergebnis ist es mit der
Erfindung erreichbar, die Zuordnung aller drei zu unterscheidenden Systeme bzw.
Richtungen kontinuierlich zu messen und anzuzefizen, so daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung Gruidlage eines Steuersystems sein kann, welches es ermöglicht, die
Maschine selbsttätig auf einem vorgegebenen Kurs zu halten.
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Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend an Hand einiger
zeichnerischer Darstellungen näher erläutert; es zeigt F i g. 1 in schematischer
Darstellung und in Aufsieht die erfindungsgemäße Vorrichtung und F i g. 2
im oberen Teil in übertriebener Darstellung die Wiedergabe des Maschinenkurses und
zusammen mit den unteren Darstellungen die drei zu unterscheidenden Systeme.
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In F i g. 2 ist mit ausgezogenen Linien das gebirgsgebundene
System wiedergegeben, -wobei x die Sollrichtung der Strecke und
y die dazu Senkrechte bezeichnen. In den beiden unteren Darstellungen der
F i g. 2 sind von oben nach unten gesehen das streckengebundene System,
d. h. die momentane Streckenachse und die hierzu Senkrechte, sowie das maschinengebundene
System, d. h. die momentane Maschinenlängsachse -.und die hierzu Senkrechte
wiedergegeben. Wieessichtlich, sind in der Darstellung nach F i g. 2 das
gebirgsgebundene System mit ausgezogenen Linien, das streckengebundene System in
gestrichelten Linien und das maschinengebundene System in punktierter Linienführung
dargestellt.
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Bei der im oberen Teil in F i g. 2 wiedergegebenen Darstellung
stimmt offenbar die Streckenrichtung mit der Sollrichtung dann überein, wenn
y = 0 ist.
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Tatsächlich aber besteht keine absolute übereinstimmung der Sollrichtung
x mit der momentanen Streckenachse, die in der oberen Darstellung nach F i
g. 2 in gestrichelten Linien wiedergegeben ist. Es besteht lediglich eine
hinreichende übereinstimmung, die natürlich größer ist, als sie sich aus der übertriebenen
Darstellung in F i g. 2 ergibt.
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Tatsächlich besteht auch keine übereinstimmung der Richtung der Maschinenlängsachse
mit der Richtung der Streckenachse, d. h. mit der Richtung des Ist-Weges
der aufgefahrenen Strecke. Nach den bisherigen Untersuchungen ergibt sich vielmehr
ein mit den jeweiligen örtlichen Verhältnissen veränderlicher »Anstellwinkel« der
Maschinenlängsachse zur Richtung des Ist-Weges der Strecke.
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Im Ergebnis oszilliert also die Richtung der Maschinenlängsachse in
der aus der oberen Darstellung nach F i g. 2 ersichtlichen Weise um die Richtung
des Ist-Weges der Strecke und, die Richtung des Ist-Weges der Strecke sozilliert
ihrerseits um die Sollrichtung, wobei lediglich die Bedingung besteht, daß die Amplitude
der Oszillation nicht größer als die geforderte Genauigkeit hinsichtlich der übereinstimmung
des Ist-Weges der Maschine mit der Soll-Linie wird, was durch die Aufbringung entsprechender
Steuermomente auf die Maschine erzielbar ist.
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Gemäß der Darstellung nach F i g. 1 dient zu diesem Zweck eine
Vorrichtung, welche die momentane Richtung zunächst -des streckengebundenen gegenüber
dem gebirgsgebundenen System wiedergibt und dadurch die Aufbringung der etwähnten
Steuermomente nach Größe und Richtung ermöglicht.
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Die in F i g. 1 dargestellte Strecke 1 besitzt kreisrunden
Querschnitt und wird von einer bohrend arbeitenden Maschine 2 aufgefahren, die gemäß
dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Bohrkopf 3
an sich beliebiger
Ausbildung aufweist. Der eigentliche Maschinenkörper besitzt Seitenlaufwerke 4 und
5 an dem in Vortriebsrichtung gesehen rechten Streckenstoß 6 und weitere
Seitenlaufwerke 7 und 8
am linken Streckenstoß 9.
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An das Seitenlaufwerk 4 ist ein Lenker 10 bei 11
angebracht
und bei 12 linear geführt. Ein entsprechender Lenker 13 ist an das Seitenlaufwerk
5
bei 14 angelenkt und bei 15 linear geführt. Am freien Ende des Lenkers
10 ist eine Schiene 16 angelenkt und am Lenker 13 bis
17 geführt. Die Schiene kann einen um eine senkrechte Achse 18 verschwenkbar
auf der Maschine 2 verlagerten tragenden Kompaßteil 19 verdrehen,
d. h., sie ist mit diesem verbunden. Im übrigen gibt die Schiene
16, wie ersichtlich, die Lage des streckengebundenen Systems wieder.
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Daraus ergibt sich, daß der richtungsgebende Kornpaßteil, der in F
i g. 1 nicht wiedergegeben ist, zusammen mit dem tragenden Kompaßteil den
jeweiligen, von dem Ist-Weg der Strecke mit der Sollrichtung eingeschlossenen Winkel
wiedergibt. Es ist daher möglich, vom Kompaß die Richtung der auf die Maschine aufzubringenden
Steuerinomente unmittelbar abzulesen, die erforderlich sind, um den Ist-Weg der
Strecke mit der Sollrichtung in übereinstimmung zu bringen. Ferner kann die Größe
dieser Steuermomente aus der Anzeige des Kompasses abgeschätzt werden.
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Das bisher beschriebene System ermöglicht nicht die kontinuierliche
Anzeige des Winkels, den das maschinengebundene System, also die Maschinenlängsachse,
mit dem streckengebundenen System, also der Streckenachse, einschließt. Dazu dient
die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel am linken Streckenstoß wiedergegebene
Vorrichtung, die aber auch ohne weiteres in das bereits beschriebene System eingebaut
werden könnte.
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Bei dem im linken Streckenstoß bezeichneten System entspricht nämlich
das Seitenlaufwerk 7 der
Maschine dem Seitenlaufwerk
5 bzw. der am Seitenlaufwerk 7 angebrachte Lenker 20 entspricht dem
Lenker 13, während der am Seitenlaufwerk 8 angeordnete Lenker 21 im
wesentlichen dem Lenker 10
in dem oben beschriebenen System entspricht. Beide
Lenker 20 und 21 sind mit Hilfe einer Schiene 22 miteinander verbunden, so daß die
Schiene 22 die Richtung der momentanen Streckenachse wiedergibt. Die Schiene 22
dient bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Zeiger, der über einer Skala
23
spielt, wobei ein Schenkel 24 die Richtung der Maschinenlängsachse wiedergibt.
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Der von dem Zeiger 22 mit dem Zeiger 24 eingeschlossene Winkel ist
demnach der von der Maschinenlängsachse mit der Ist-Richtung der Strecke eingeschlossene
Winkel. Die kontinuierliche Wiedergabe dieses Winkels ermöglicht die Wiedergabe
eines Indikators, der das Aufbringen der erforderlichen Steuermomente nach Größe
und Richtung erheblich erleichtert.
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Wie ersichtlich, erfordert die beschriebene Vorrichtung keine irgendwie
geartete Verbindung nach rückwärts von der Maschine in den bereits aufgefahrenen
Streckenteil. Es kann vielmehr durch einfache Angabe eines Streckenkurses die Strecke
in der Sollrichtung gehalten, werden. Ferner können mit der dargestellten Vorrichtung
Kurven aufgefahren werden. Die kontinuierliche Anzeige der jeweiligen Lagen der
4rei beschriebenen Systeme zueinander ermöglicht den ununterbrochenen Vortrieb und
kann im übrigen Ausgangspunkt einer automatischen Steuerung sein, welche im Ergebnis
dafür sorgt, daß die Richtung des Ist-Weges der Strecke mit hinreichender Genauigkeit
der Sollrichtung, die aus dem gebirgsgebundenen System folgt, entspricht.