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Vorrichtung zur Uberwachung und Korrektur der Bewegungen einer Vortriebs-
bzw. Gewinnungsmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Uberwachung
und Korrektur der Bewegungen einer Vortriebs- oder Qewinnungsmaschine mit einem
allseits beweglichen Werkzeugträgerarm beim Vortreiben eines Tunnels, Stollens,
Schachtes oder dergleichen Bauwerks.
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Bei Vortriebs- bzw. Gewinnungsmaschinen fUr den Berg- bzw.
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Tunnelbau, insbesondere bei solchen Maschinen, deren Gewinnungs- bzw.
Abbauwerkzeuge sich an einem Trägerarm bzw.
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Ausleger befinden und die Ortsbrust selektiv abbauen, ist es in der
Regel sehr schwierig, zum einen die Kursrichtung genau einzuhalten und zum anderen,
das jeweilige Profil des Tunnelquerschnitts mit der erforderlichen Genauigkeit auszuarbeiten.
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Die Schwierigkeiten sind dann besonders groß, wenn ein Tunnelausbau
hinter der Maschine angebracht wird und das Maschinenbedienungspersonal nicht die
MUglichkeit hat, sich hinsichtlich Richtung und Profil nach dem Ausbau zu orientleron,
Aut die Bedeutung der Richtungsgenauigkeit zum Vortreiben des Bauwerke braucht hier
nicht besonders hingewiesen zu werden.
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Des weiteren ist jedoch die Profilgenauigkeit des abzubauenden Buerschniits
von großer Wichtigkeit. Im Tunnel bzw. Bergbau ist es in der Regel erforderlich,
daß die Hohlräume zwischen der Streckenauskleidung (Ausbau), die in der Regel aus
TUbbingen oder ähnl i chen Stahlausbauelementen bestehen, und der Tunnelwandung
mit Beton oder einem anderen geeigneten Werkstoff ausgefüllt werden. Es leuchtet
ein, daß diese Hohlräume aus Gründen der Kostenersparnis so klein wie möglich gehalten
werden müssen.
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Zum Zwecke der KursUberwachung beim Vortrieb von Tunneln oder dergleichen
Bauwerken mittels einer Vortriebsmaschine mit einem dem Tunnelquerschnitt in etwa
entsprechenden Bohrkopf ist vorgeschlagen worden, eine im aufgefahrenen Bauwerk
befestigte, parallel zur Sollachse des Bauwerks ausgerichtete Fernsehkamera sowie
einen in bezug auf die Ist-Achse des Bauwerkes festliegenden hellen Markierungspunkt
in Brustnähe anzuordnen.
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Der Markierungspunkt wird bevorzugt in Form einer ein paralleles StrahlenbUndel
geringen Querschnitts aussendenden punktförmigen Lichtquelle gebildet.
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Ferner ist im Maschinenbedienungsstand ein Beobachtungsgerät (Monitor)
angeordnet, dessen Bildschirm mit einen Koordinatennetz versehen ist. In Verbindung
mit der das Bild autnehmenden Fernsehkamera wird der Markier g,spunkt auf den Bildschirm
UberUragen. Das Bedienungspersonal kann somit fortwährend den Kurs der Maschine
Uberwachen und Je nach Kursabweiehung die Maschinenlage durch Steuern korrigieren.
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Bei einer Vortriebs- bzw. Gewinnungsmaschine mit einem Werkzeugträger
in Form eines allseits beweglich gelagerten Auslegers, dessen Werkzeug die Ortsbrust
selektiv abbaut, ist nicht nur der vorbestimmte Kurs der Maschine, sondern zusätzlich
auch die Werkzeugbewegung zu Uberwachen und bei evtl. Abweichungen vom vorgesehenen
Soll durch Steuern zu korrigieren.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die es dem
Maschinenbedienungspersonal auf einfache und Ubersichtliche Art und Weise ermöglicht,
das aufzufahrende Profil (Querschnitt) des Tunnels, Stollens oder dergleichen Bauwerks
der Lage und Form nach zu Uberwachen und bei Abweichungen die Maschinen- und/oder
Werkzeugbewegung fortwährend zu korrigieren, ohne daß zu diesem Zweck die Maschine
hin- und hermanövriert werden muß. Diese Korrekturen sind auch dann fortwährend
vorzusehen, wenn der Maschinenkurs von der Sollachsrichtung abweicht. MiXt Hilfe
einer solchen Vorrichtung sollen Abbauquerschnitt und Vortriebsrichtung exakt eingehalten
gesteuert werden.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel daaurch erreicht, daß im Maschinenbedienungsstand
eine Vorrichtung vorgesehen ist, die aus einem ruhenden FUhrungsrahmen und einem
darin in zwei Koordinatenrichtungen bewegbar gefUhrten Bildrahmen besteht.
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Der Bildrahmen trägt eine durchsichtige Scheibe, auf der der abzubauende
Tunnelquerschnitt maßstabsgetreu, jedoch verkleinert, als Schablone angeordnet ist.
Die Scheibe ist winkelverstellbar am Bildrahmen befestigt.
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Der Führungarahmen ist mit im PUhrungsrahmen bewegbar geführten, kreuzweise
angeordneten Koordinatenzeigern ausgerUstet, an die bekannte Stellmittel angeschlossen
sind.
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Der Kreuzungspunkt der Koordinatenzeiger zeigt abhängig von der Werkzeugbewegung
die auf die Maschinenrahmenbasis bezogene jeweilige Werkzeugarbeitsstellung auf
der schablonentragenden Klarsichtscheibe an.
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Die vorgesehenen Koordinatenzeiger können zum Beispiel Uber BowdenzUge,
Gestänge, druckmittelbetriebene Vorrichtungen oder dergleichen Mittel verstellt
werden, und zwar an Hand von Skalen mit gewählten Maßstäben, die auch fUr die Schablone
des Bauwerksquerschnitts zugrunde gelegt werden.
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Die Arbeitsstellung der Maschine selbst ist durch eine mit Fadenkreuz
versehene Kontrolltafel unter Zuhilfenahme eines auf diese Tafel gerichteten Richtstrahles
zu Uberwachen.
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Bildrahmen und Kontrolltafelfadenkreuz sind mit Skalen für die Ordinaten-
und Abszissenachsrichtung versehen und der Träger des Winkelverstellrasters der
Klarsichtscheibe ist des weiteren mit einer Gradeinteilung ausgerüstet.
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Aufgrund der Kursrichtungsanzeige auf der wadenkreuzkontrolltafel
unter Zuhilfenahme der Richtstrahlmethode und der Werkzeugarms te llungsanzeige
auf der Schablonenklarsichtscheibe unter Zuhilfenahme der Zeigersystemmethode kann
das Bedienungspersonal an Hand der angezeigten Abweichung mit Hilfe der vorgesehenen
Verstellmittel am Führungsrahmen und/oder an der Klarsichtscheibe eine Kurs- und/oder
Werkzeugträgerarm bewegung korrigieren, ohne daß Maschinenmanöver erforderlich sind,
um Kurs und Tunnelquerschnittsabbau exakt einzuhalten.
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Als Hilfe fUr das Bedienungspersonal sind die zugrurdE»legten Maßstäbe
fUr die Fadenkreuzakalen und der Bildrahmenskalen identisch mit dem gewählten Maßstab
fUr die Schablone gewählt.
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Eine verkrängte Maschinenstellung wird durch Wasserwaagenanzeige festgestellt
und entsprechend wird die Winkelstellung der Schablone korrigiert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 einen Stollenlängsschnitt mit vor Ort befindlicher
Gewinnungsmaschine, Fig. 2 einen Stollenlängsschnitt mit in Draufsicht dargestellten
einzelnen, dem Abbaufortschritt entsprechenden Vortriebsmaschinenstellungen und
Werkzeugträgers tel lungen,
Fig. 3 eine Vorrichtung zur Uberwachung
und Korrektur der Werkzeugträgerarmbewegung in Vorderansicht, Fig. 4 die Vorrichtung
gem. Fig. 3 im Querschnitt, Fig. 5 eine Vorrichtung zur Uberwachung und Korrektur
des Maschinenkurses, Fig. 6 die Vorrichtung gem. Fig. 5 im Querschnitt.
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Im Stollen 20 gem. Fig. 1 und 2 befindet sich vor Ort eine Gewinnungsmaschine,
die im wesentlichen aus einem Maschinenrahmen 21 und einem allseits bewegbar angeordneten
Werkzeugträgerarm 22 besteht. Der Gelenkmechanismus fUr den Werkzeugträgerarm ist
mit 23, das Werkzeug ist mit 24 und die Maschinenverspannvorricht&ng ist mit
25 bezeichnet.
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Im Stollen ist an einem geeigneten Standort ein richtstrahlerzeugendes
Gerät, z. 2. ein laserstrahl-erzeugendes Gerät 26,angeordnet, dessen Richtstrahl
27 die Sollkursrichtung des Maschinenrahmens 21 bestimmt. Der Strahl 27 ist auf
eine mit Fadenkreuz 29 und Koordinatenskalen versehene Kontrolltafel 28 gerichtet,
die bevorzugt an einem zentralen Standort des Maschinenrahmens angeordnet und vom
Bedienungsstand aus einzusehen ist.
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Außer der Kurskontrolltafel 28 befindet sich im Maschinensteuerstand
eine Vorrichtung 19 - vergleiche Fig. 3 und 4 -zum überwachen und Korrigieren der
Werkzeugträgerarmbewegung innerhalb des vorbestimmten Stollenquerschnitts.
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Die Vorrichtung 19 besteht aus einem FUhrungsrahmen 3, in oder an
dessen Rahmenbauteilen 3a, 3b, 3c, 3d ZwangsfUhrungen 13 fUr bewegbare RUhrungsmittel
9, 10 vorgesehen sind.
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An diese FUhrungsmittel 9, 10 sind Koordinatenzeiger 11, 12 angeschlossen.
Diese Zeiger sind im Rahmen 3 kreuzweise angeordnet
und bestehen
beispielsweise aus Blechstreifen mit eingearbeiteten Schlitzen 17. Der Kreuzungspunkt
der Schlitze ist mit 16 bezeichnet; er zeigt die Systemmitte an. An die bewegbaren
FUhrungsmittel 9, 10 fUr die Zeiger 11, 12 sind bekannte Verstellmittel, beispielsweise
in Form von BowdenzUgen, angeschlossen. Es können stattdessen auch Gestänge oder
druckmittelbetriebene Verstellvorrichtungen vorgesehen werden.
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Diese Verstellmittel sind mit dem Werkzeug 23 bzw. mit dessen Werkzeugträgerarm
verbunden.
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Dem FUhrungsrahmen 3 ist ein Bildrahmen 18 zugeordnet, der im oder
am FUhrungsrahmen in zwei Koordinatenrichtungen bewegbar gefUhrt ist. Die FUhrungen
sind mit 4, 5 bezeichnet.
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Als Verstellmittel fUr den Bildrahmen 18 sind Stellschrauben 6, 7
vorgesehen.
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Die Verstellwege in den Koordinatenrichtungen sind1 unter Zuhilfenahme
einer Skala 14 fUr waagerechte Verstellung und je einer Skale 15 auf der linken
und rechten Rahmenseite fUr die vertikale tareratellung ablesbar.
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Wesentliche Bestandteile des Bildrahmens 18 sind eine Klarsichtscheibe
1 und eine zugeordnete Schablone 2. Die Schablone entspricht im Maßstab verkleinert,
sonst jedoch profilgetreu dem Querschnitt des beabsichtigten Stolle vortriebs. Die
Schablone ist auf der Klarsichtscheibe angeordnet und mit dieser um den Drehpunkt
8 eines Winkelverstellrasters mit Gradeinteilungsanzeige bewegbar.
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Klarsichtscheibe 1 mit Schablone 2 sind derart angeordnet, daß die
dahinter angeordnetenKoordinatenzeiger 11, 12 mit dem Zeigerkreuzungspunkt 16 ein
Anzeige- und Kontrollsystem bilden.
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Infolge der vorgesehenen Verbindung zwischen Werkzeug 23 bzw. dessen
Werkzeugträgerarm und den Koordinatenzeigern 11, 12 wird die tatsäohliche Werkzeugbewegung
in den Koordinatenrichtungen
bezogen auf die Masehinenrahmenbasis
als nderung im gleichen Maßstab auf der Schablonenscheibe 1 angezeigt, der auch
bei der Schablonenausbildung zugrunde gelegt wurde.
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Der Kreuzungspunkt 16 der Zeiger 11, 12 reibt, bezogen auf den Fuhrungsrahmen
3, die jeweilige und batsEchliche Werkzeugstellung innerhalb des Stollenquerschnitts
auf der Schablonenklarsichtscheibe 1 an.
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Mit Hilfe des Koordinatenzeigersystems und der Profilschablone 2 kann
das Bedienungspersonal im Maschinensteuerstand nach Sicht feststellen, ob die Bewegung
des Werkzeuges 23 bzw.
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seines Trägers 22 zu ändern ist. Aufgrund dieser Uberwachungs methode
ist die erkeeug- bzw. Werkzeugträgerarmbewegung in den Koordinatenrichtungen exakt
zu steuern. Die Steuerung kann entweder von Hand nach Sicht oder auch automatisch
erfolgen. Dazu sind bekannte Mittel einer Folgesteuerung mit dem Kontrollsystem
zu verknüpfen.
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Die Kontrolltafel 28 fUr das Kursüberwachungsgerät, dargestellt in
Fig. 5 und 6, weist ein Fadenkreuz 29 und weitere Hilfslinien als Skalen in den
Koordinatenrichtungen auf. Der gewählte la£stab-fUr die Fadenkreuzskalen entspricht
dem Maßstab der Skalen am Bildrahmen 18 und dem Maßstab der Schablone 2, so daß
bei einer möglichen Korrektur diese und auch die danach zu erfolgenden Steuerbewegungen
leicht durchfahrbar sind. Festgestellt wird die Maschinenstellung mit Hilfe des
vorerwähnten Richtstrahles 27, der auf der Kontrolltafel 28 entweder die exakte
Sollstellung oder jede mögliche Abweichung sichtbar werden läßt.
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befindet sich beispielsweise die Gewinnungsmaschine exakt in der Stollensollachse
und nimmt keine verkrängte Stellung ein, so befindet sich auch das Schablonenzentrum
exakt in der Uberwachungszentrumsmitte.
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Werden Abweichungen in horizontaler oder vertikaler Richtung festgestellt,
so wird an Hand des Uberwachungssystems die erforderliche Korrektur der Steuerung
herbeigefUhrt. Weicht beispielsweise die Maschinenlage von der Stollensollachse
ab und/oder ist die Maschine verkrängt, so kann die Korrektur durch Verstellen (in
horizontaler, vertikaler oder Winkelrichtung) erfolgen, ohne daß die Maschine hin-
und hermanövriert werden muß.
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Ein Beispiel ist in Figur 2 dargestellt. Während des Gewinnungsfortschritts
hat sich die Maschine dem Richtstrahl 27 gemäß aus der Stollenachse herausbewegt.
Die Korrekturbewegungen wurden durch Stellungskorrekturen des Maschinenrahmens und
des WerkzeugtEgers herbeigefUhrt.
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Trifft beispielsweise der Richtstrahl 27 exakt die Abszissenachse
des Fadenkreuzes 29, nicht jedoch auch exakt die Ordinatenachse, sondern die erste
rechts danebenliegende Markierung 1? "1", so steht die Maschine exakt in der Vertikalen,
in der Horizontalen jedoch um den auf der Kontrolltafel 28 angezeigten Betrag In
zu weit nach links.
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Die Schablonenscheibe 1 der Vorrichtung 19 wird daraufhin durch Bewegen
des Bildrahmens 18 in der horizontalen FUhrung 4 nach rechts verstellt, und zwar
umden auf der entsprechenden Skala 14 angezeigten Maßstabs-Wertbetrag "1". Der Bildrahmen
18 wird ferner in der vertikalen FUhrung 5 verstellt, bis der Anzeigewert "O" erreicht
ist. Das Werkzeug nach der nunmehr so eingerichoeten Schablone gesteuert, schneidet
den vorgesehenen Querschnitt bezogen auf die Stollenachse exakt aus, wenn in der
Folge keine weiteren Korrekturen erforderlich sind.
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Bei einer Verkrängung der Maschine, die hinsichtlich Richtung und
Größe an einer auf dem Maschinenrahmen befindlichen Wasserwaage zu erkennen ist,
erfolgt die Korrektur durch eine entsprechende Winkelverstellung der Schablonenscheibe.