-
Titel: Einrichtung zur Verhinderung einer Kollision zwi-
-
schen Schneidarm und Ladeschaufel bei einer Fräslademaschine Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verhinderung einer Kollision zwischen Schneidarm
und Ladeschaufel bei einer Fräslademaschine, bei der der Schneidarm höhenverschwenkbar
und zum Arbeitsstoß hin vorschiebbar und die unterhalb des Schneidarmes angeordnete
Lade schaufel höhenverschwenkbar am Maschinenrahmen gelagert sind, wobei für die
genannten Stellbewegungen des Schneidarmes und der Ladeschaufel hydraulische Schubkolbengetriebe
vorgesehen sind0 Fräslademaschinen werden als Abbau- und Vortriebsmaschinen in Bergbaubetrieben,
im Stollen- und Tunnelbau udglo eingesetzt. Sie weisen regelmäßig einen am Maschinenrahmen
höhen- und seitenverschwenkbaren Schneidarm mit einem angetriebenen Schneidkopf
und eine Ladeeinrichtung mit einer Ladeschaufel auf, die unterhalb des Schneidarmes
am Maschinenrahmen höhenverschwenkbar gelagert ist. Bei einer bekannten Fräslademaschine
ist der Schneidarm zusätzlich in Richtung auf den Arbeitsstoß verschiebbar auf dem
Maschinenrahmen gelagert (DE-OS 27 20 380).
-
Bei den bekannten Fräslademaschinen besteht die Gefahr, daß es im
Maschinenbetrieb zu einer Kollision zwischen Schneidarm und Ladeschaufel kommt.
Um dieser Gefahr zu begegnen, hat man in der Vergangenheit Kollisionsschutzeinrichtungen
in
verschiedenen Ausführungen vorgeschlagen0 Beispielsweise ist aus der DE-OS 33 15
478 eine Einrichtung dieser Art bekannt, bei der mit dem Schneidarm und mit der
Ladeschaufel mechanisch verbundene Stellglieder Verwendung finden, die unter Zwischenschaltung
von Hebelgetrieben mit einem Schaltglied mechanisch verbunden sind, welches die
Abschwenkbewegung des Schneidarmes und/oder die Aufschwenkbewegung der Ladeschaufel
sperrt, wenn sich diese beiden Teile einander so nähern, daß eine Kollision auftreten
könnte. Solche mechanischen Schutzeinrichtungen bauen verhältnismäßig groß und sind
wegen der Vielzahl der beweglichen Teile verhältnismäßig störungsanfällig und daher
für den rauhen Maschinenbetrieb wenig geeignet, Aus der EU-PS 0 028 593 ist ferner
eine Schutzeinrichtung bekannt, bei der für den Schneidarm und für die Ladeschaufel
jeweils eine die Position des- bzw. derselben relativ zur Maschine registrierende
Gebereinrichtung vorgesehen ist. Die beiden Gebereinrichtungen sind dabei mit einer
gemeinsamen Empfängereinrichtung verbunden, welche in Abhängigkeit von einer Kombination
der Signale der beiden Gebereinrichtungen eine die Abwärtsbewegung des Schneidarmes
und die Aufwärtsbewegung der Ladeschaufel unterbrechendes Steuerorgan steuert. Die
Gebereinrichtungen bestehen hier aus hydraulischen Zylinder-Kolben-Aggregaten, die
außenseitig an den Maschinenteilen angebaut und über Leitungen mit dem Empfänger
verbunden werden. Diese Einrichtung eignet sich nicht für FrEslademaschinen, bei
denen der Schneidarm nicht nur schwenkbar, sondern zusätzlich noch in Richtung der
Maschinenachse verschiebbar auf dem Maschinenrahmen gelagert ist.
-
Bei einer solchen Maschine müssen bei der KollisionsUberwachung zusätzlich
noch die Verschiebebewegungen des Schneidarmes erfaßt und in Beziehung zu den Schwenkbewegungen
des Schneidarmes und der Ladeschaufel gesetzt werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kollisionsschutzeinrichtung für
Fräslademaschinen zu schaffen, bei denen zusätzlich zu den Schwenkbewegungen des
Schneidarmes und der Ladeschaufel noch eine lineare Vorschubbewegung des Schneidarmes
gefordert ist. Dabei soll die Einrichtung sich durch Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit
auszeichnen, indem außenangebaute empfindliche Vorrichtungsteile, wie Weggeber u.dgl0,
vermieden werden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale gelöst, wobei der Anspruch 2 auf eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung gerichtet ist0 Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
weisen also die verschiedenen hydraulischen Schubkolbengetriebe, d.h. die Schwenkzylinder
für den Schneidarm und die Ladeschaufel sowie der Vorschubzylinder für den Schneidarm,
jeweils einen analogen potentiometrischen Wegaufnehmer auf, der raumsparend und
geschützt im Inneren des betreffenden Zylinders angeordnet ist. Solche Zylinder
mit eingebauten Hubmeßeinrichtungen sind an sich bekannt (DE-OS 32 25 342).
-
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die in den Schubkolbengetrieben
eingebauten potentiometrischen Wegaufnehmer an eine elektronische Auswerteeinheit
angeschlossen, welche die Meßgrößen der einzelnen Potentiometer erfaßt, indem sie
die Werte addiert und den erhaltenen Summenwert mit einer kritischen Summe vergleicht,
derart, daß bei Erreichen oder überschreiten der kritischen Summe ein Warnsignal
und/oder ein Steuersignal ausgelöst wird, welches die Zylinderbewegungen unterbricht,
vorzugsweise derart, daß die Zylinder und damit der Schneidarm und die Lade schaufel
danach nur in die unkritische Richtung gesteuert werden können. Da die Hübe der
einzelnen Schubkolbengetriebe in Anpassung an die
jeweilige Maschinengeometrie
unterschiedlich sind und auch die Einflüsse der Hubveränderungen auf die kritischen
Situationen nicht gleich sind, werden die von den Wegaufnehmern gelieferten elektrischen
Größen (Meßspannungen) normiert und mit einem von der Maschinentype und der Maschinengeometrie
abhängigen, zuvor ermittelten Faktor multipliziert, worauf die so erhaltenen elektrischen
Größen addiert und der sich dabei ergebende Summenwert mit dem zuvor festgelegten
kritischen Summenwert automatisch verglichen wird0 Die Erfindung wird nachfolgend
im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher
erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 in starker schematischer Vereinfachung
die geometrischen Verhältnisse bei einer an sich bekannten Fräslademaschine; Fig.
2 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Verhinderung einer Kollision zwischen Schneidarm
und Ladeschaufel bei der Fräslademaschine nach Fig. 1 im Blockbild.
-
Die bekannte Fräslademaschine weist, wie auch aus der einfachen geometrischen
Darstellung der Fig0 1 erkennbar, einen Schneidarm 1 mit einem angetriebenen Schneidkopf
2 sowie eine unter dem Schneidarm 1 befindliche Ladeschaufel 3 auf, Der Schneidarm
1 ist in einem horizontalen Gelenk 4 höhenverschwenkbar gelagert. Er ist, was in
der vereinfachten Darstellung der Fig. 1 nicht erkennbar ist, zugleich um eine Vertikalachse
seitenverschwenkbar an der Maschine gelagert0 Außerdem ist der Schneidarm 1 in Richtung
der Maschinenachse, dh. in Pfeilrichtung 5, linear verschiebbar auf dem rahmen der
Fräslademaschine gelagert, um den Aktionsbereich
der Maschine zu
erhöhen. Die Ladeschaufel 3 ist am Rahmen der Fräslademaschine in einem horizontalen
Gelenk 6 höhenverschwenkbar gelagert. Sie bildet Bestandteil eines Ladesystems,
mit dem das Haufwerk im Bereich des Arbeitsstoßes aufgenommen und zur Maschinenrückseite
hin befördert wird, wo es auf ein nachgeschaltetes Fördermittel geworfen wird.
-
Für die Verschwenkung des Schneidarmes 1 im Gelenk 4 ist ein hydraulischer
Schwenkzylinder 7 und für die Höhenverschwenkung der Ladeschaufel 3 ein hydraulischer
Schwenkzylinder 8 vorgesehen. Der Vorschub des Schneidarmes 1 in Pfeilrichtung 5
erfolgt mittels eines hydraulischen Vorschubzylinders 9, der zwischen dem Rahmen
der Maschine und einem den Schneidarm 1 tragenden Schlitten angeordnet ist.
-
Fräslademaschinen dieser Art sind, wie erwähnt, bekannt und bedürfen
daher keiner weiteren Erläuterung.
-
Die drei hydraulischen Schubkolbengetriebe 7, 8 und 9 weisen unterschiedliche
Hubwege auf 0 Es ist erkennbar, daß beim Abschwenken des Schneidarmes 1 und beim
gleichzeitigen Hochschwenken der Laderampe 3 die Gefahr einer Kollision zwischen
diesen Bauteilen besteht und daß diese Gefahr umso größer ist, je weiter der Vorschubzylinder
9 eingefahren, der Schneidarm 1 also zur Maschine hin zurUckgefahren ist0 Mit Hilfe
der nachfolgend beschriebenen Einrichtung werden diese Kollisionen vermieden.
-
Wie in Fig. 1 angedeutet ist, weisen die drei Schubkolbengetriebe
7, 8 und 9 jeweils im Inneren einen analogen potentiometrischen Wegaufnehmer 10
auf, mit dessen Hilfe sich eine Hubwegmessung des Kolbens bewerkstelligen läßt.
Für die Wegaufnehmer 10 können solche gemäß der DE-OS 32 25 342 oder solche gemäß
der Zeitschrift "Glückauf", 1984, Seite 596 verwendet werden. Bevorzugt kommen für
die Zylinder 7, 8
und 9 und deren eingebaute Wegaufnehmer diejenigen
Vorrichtungen zur Anwendung, die in der DE-Fatentanmeldung P 9 20 715.5 und in der
mit der inneren Priorität dieser Anmeldung nachfolgend eingereichten DE-Patentanmeldung
offenbart sind.
-
Die Meßleitungen der in den Schubkolbengetrieben 7, 8 und 9 eingebauten
Potentiometer sind in Fig. 1 mit 11, 12 und 13 bezeichnet. Das Blockbild der Fig.
2 zeigt die drei Potentiometer 14, 15 und 16, getrennt von den zugeordneten Schubkolbengetriebea.Dabei
ist das Potentiometer 14 dem Schubkolbengetriebe 9, das Potentiometc 15 dem Schubkolbengetriebe
7 und das Potentiometer 16 dem Schubkolbengetriebe 8 zugeordnet.
-
Die Speisung der den Kolbenweg der Schubkolbengetriebe 7, 8 und 9
messenden Potentiometer 14, 15, 16 erfolgt über eine stabile Referenzspannungsquelle,
so daß am Schleifer der Potentiometer eine dem jeweiligen Kolbenweg des zugeordneten
Schubkolbengetriebes proportionale Spannung abzugreifen ist. Unabhängig vom tatsächlichen
Absolutwert des Kolbenhubes wird die Spannung in einer Impedanzwandlungund. Normierungsstufe
17, 18, 19 so normiert, daß null Prozent des Kolbenweges einem Spannungswert von
null Volt und hundert Prozent des Kolbenweges einem festgelegten Spannungswert von
z.B. 5 Volt entspricht. An den Ausgängen der Impedanzwandlung- und Normierungsstufen
17, 18 und 19 steht somit jeweils die wegproportionale Spannung mit niedriger Impedanz
zur Weiterverarbeitung an. In den nachfolgenden Bewertungsstufen 20, 21 und 22 werden
die normierten und wegproportionalen Meßspannungen jeweils mit einem Faktor A1 bzw.
A2 bzw. A3 multipliziert, wobei diese Faktoren A1, A2 und A3 jeweils höchstens -
1 sind, Die mit den genannten Faktoren A1, A2, A3 multiplizierten, normierten und
wegproportionalen Meßspannungen werden dann einer gemeinsamen
dritten
Stufe zugeführt, die als Analogrechenschaltung 23 die Addition dieser Spannungswerte
vornimmt. Die sich dabei ergebende Summe X wird einem Komparator 24 zugeführt, der
den Wert X mit einer zuvor ermittelten kritischen Summe XKr vergleicht. Ist X <
XKr, so kann weitergearbeitet werden. Übersteigt der Wert X den Wert von XKr, so
wird ein Weiterfahren der Maschine in Richtung Kollision vermieden.
-
Bei Erreichen der kritischen Summe werden die Bewegungen der Schubkolbengetriebe
7, 8 und 9 unterbrochen. Die Schubkolbengetriebe und damit der Schneidarm 1 und
die Ladeschaufel 3 können dann nur noch in die unkritische Richtung gesteuert werden.
-
Die unkritischste Situation im Bezug auf die Kollisionsgefahr liegt
dann vor, wenn der Schneidarm-Schwenkzylinder 7 und der Schneidarm-Vorschubzylinder
9 voll ausgefahren und der Ladeschaufel-Schwenkzylinder 8 voll eingefahren ist0
Ftir diesen Betriebszustand wird jeweils in den Normierungsstufen 17, 18, 19 die
elektrische Größe mit null Volt festgelegt. Der maximale Hub der drei Zylinder und
damit die maximale elektrische Größe wird für jeden Zylinder mit einem bestimmten
Spannungswert, z.B. 5 Volt, festgelegt0 Da die Hübe der drei Schubkolbengetriebe
7, 8 und 9 unterschiedlich sind und auch die Einflüsse der Hubveränderungen auf
die für die Kollision kritischen Sltuationen nicht gleich sind, werden die elektrischen
Größen in den Stufen 17, 18 und 19 normiert und in den nachfolgenden Bewertungsstuien
20, 21 und 22 durch Multiplikation mit den zuvor ermittelten Faktoren A1 A2 und
A3 bewertet. Die voneinander unabhängigen Faktoren A1, A2 und AD lassen sich für
die jeweilige Maschinentype und die jeweilige Geometrie der Fräslademaschine rechnerisch
oder auch empirisch ermitteln.
-
Bei der Summation der am Ausgang der Bewertungsstufen 20, 21 und 22
anstehenden Werte in dem nachfolgenden Rechner 23
ist zu beachten,
daß das Senken des Schneidarmes zu grö-Beren wegproportionalen Spannungswerten führt,
ebenso das Zurückfahren des Schneidarmes 1 wie auch das Heben der Ladeschaufel 3.
Bewegungen in entgegengesetzter Richtung führen zu kleineren Wegewerten. Erreicht
wird dies durch geeignete Polung der Wegpotentiometer 14, 15 und 16.
-
Um die genannten Koeffizienten A1, A2, A3 sowie die vorgenannte kritische
Summe XKr auf empirischem Wege bestimmen zu können, werden die dafür vorgesehenen
Potentiometer 25, 26 und 27 an den Bewertungsstufen 20, 21 und 22 herausgeführt0
Werden die Koeffizienten A1, A2 und AD und die kritische Summe XKr rechnerisch ermittelt,
so ist lediglich ein dynamischer Abgleich auf der Maschine vor Ort nötig.
-
- Leerseite -