DE4440498A1

DE4440498A1 - Vorrichtung zur gesteuerten Ausschrämung gewölbter Wandflächen, insbesondere von Tunnelwänden

Info

Publication number: DE4440498A1
Application number: DE4440498A
Authority: DE
Inventors: Nandor Dr Meitzen; Istvan Dr Klausz; Elmar Sperrfechter
Original assignee: RATZEL GERHARD DR
Current assignee: RATZEL GERHARD DR
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1994-11-12
Publication date: 1995-08-17
Also published as: DE9317944U1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der es möglich ist, Gesteinsschichten von Tunnel- Innenwänden mittels rotierender Schräm- Schneidfräser abzutragen, wobei ein durch geometrische Daten vorgegebenes Querschnittsprofil hergestellt wird. Das bröckelige, korrodierte Wandmaterial wird hierbei stückweise durch Hinterfräsen, auch als Längs- oder Seitenschrämen bezeichnet und durch Querfräsen, auch als Querschrämen bezeichnet, von der Wand losgelöst und mittels eines Abspaltkopfes von der Wand entfernt. Die kinematischen Bewegungsabläufe der Frässcheiben und des Abspaltkopfes und deren Antriebsleistung werden von einer zentralen Steuer einrichtung gesteuert, die entsprechend einem festgelegten Tunnel-Querschnittsprofil durch Eingabe dessen geometrischer Daten programmierbar ist.

Es sind Vorrichtungen zum Ausschrämen von Tunnelwänden mittels scheibenartiger Fräser bekannt. Eine solche Vorrichtung, die als Beispiel des Standes der Technik bezeichnet werden kann, ist in dem ungarischen Patent 195.561 (27085) beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung weist einen schräg gegen die abzu schrämende Wand angestellten Schrämfräser auf, der durch Rota tion eine Schicht von maximal etwa 0,08 Meter Dicke wegfräst, wobei ein, in der Nähe des Fräsers angeordneter und mit diesem mitgeführten Fühler die Frästiefe begrenzt. Es handelt sich hierbei demnach um eine Lineal-, bzw. Kurvensteuerung. Diese bekannte Vorrichtung weist nun erhebliche Nachteile auf. So ist die Vorgabe eines Anstellwinkels des schräg gegen die abzubauende Wand angestellten, scheibenartigen Fräsers nicht ausreichend, um automatisch gesteuert, ein bestimmtes, vorge gebenes Querschnittsprofil zu fräsen.

Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus. Wie sich in der Praxis gezeigt hat, ist es nämlich erforderlich, den Anstellwinkel des schräg gegen die abzuschrämende Wand anzu stellenden scheibenartigen Fräsers, abhängig von der Geometrie des Fräsers und vom jeweiligen Krümmungsradius der Tunnelwan dung, einzustellen.

In der Praxis hat sich außerdem gezeigt, daß ein einzelner scheibenartiger Fräser nicht ausreicht, um automatisch ge steuert, einen Gesteinswulst längs einer Tunnel-Querschnitts- Umgrenzungslinie loszulösen. Hierzu ist nämlich ein zweiter, scheibenartiger Fräser erforderlich, dessen Drehachse im wesentlichen senkrecht zu der des erwähnten ersten scheiben artigen Fräsers ausgerichtet ist, wodurch eine Gesteinswulst herausgefräst wird, die nur noch an einer Kante mit der Tunnelwand verbunden ist.

Diese Gesteinswulst kann dann anschließend mit einem beson deren Element abgespalten werden.

Eine automatisch gesteuerte Abschrämung dieser Art erfordert auch eine Quer-Anstellung des erwähnten scheibenartigen Frä sers, um ein Rattern des Fräsers, hervorgerufen durch Kipp schwingungen, zu vermeiden. Außerdem soll auch eine Anpassung der Fräsgeschwindigkeit an die Festigkeit des abzuschrämenden Materials automatisch erfolgen, um den Schrämvorgang wirt schaftlich durchzuführen.

Bei der Durchführung des Fräsvorganges gemäß dem Stande der Technik wird das Wandmaterial unkontrolliert fortlaufend zer kleinert und muß weggespült werden.

Außerdem muß beim Stand der Technik beim Schrämen im Decken bereich des Tunnels der Wandbereich vor dem Fräser in Arbeits richtung durch eine besondere, mitgeführte Einrichtung abge stützt werden. Bekannte Vorrichtungen dieser Art können auch nicht über ein Steuerprogramm betätigt werden, in dem die gewünschte Querschnittskontur des Tunnels enthalten ist.

Von diesem Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung aus und setzt sich zur Aufgabe, eine Vorrichtung zur gesteu erten Ausschrämung gewölbter Wandflächen, insbesondere von Tunnelwänden zu schaffen, die folgende Bedingungen erfüllen soll:

- Die Vorrichtung soll, gesteuert von einem Steuerprogramm, das die geometrischen Daten der herzustellenden Querschnittsform und die Daten der Bearbeitungswiderstände der Wand zur Rege lung der Antriebsleistung enthält, die zu entfernenden Wand teile mit einem Seiten-Schrämfräser hinterschneiden, mit einem Quer-Schrämfräser im wesentlichen senkrecht hierzu einfräsen und mit einem Abspaltkopf von der Wand ablösen,
- die Arbeitsstellungen und -bewegungen des Seiten-Schrämfrä sers, des Quer-Schrämfräsers und der Losbrechscheibe sollen kontinuierlich von einem Steuerprogramm eingestellt werden, welches die geometrischen Daten der angestrebten Quer schnittkontur des Tunnels und die Bearbeitungs-Widerstands werte der Wandung zur Erzeugung von Steuersignalen für die Verstell- und Betriebseinrichtungen der Vorrichtung benutzen soll, wobei hierzu die mathematischen Beziehungen zwischen der Tunnel-Querschnittsgeometrie und der Arbeitsstellung der Fräser, besonders des Seiten-Schrämfräsers benutzt wer den sollen und
- die Antriebseinrichtungen und die beweglichen Aufnahmevor richtungen für die Fräser sollen mittels hydrostatischer An triebseinrichtungen über hydraulische Steuerpumpen stufenlos angetrieben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung ge mäß der Beschreibung, den Patentansprüchen und den Zeichnungen gelöst.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1a eine schematische Ansicht eines im Eingriff befind lichen Seiten-Schrämfräsers,

Fig. 1b eine schematische Ansicht eines im Eingriff befindli chen Quer-Schrämfräsers,

Fig. 1c eine schematische Ansicht eines im Eingriff befind lichen Abspaltkopfes,

Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt eines Seiten-Schrämfräsers in Arbeitsstellung, mit den wesentlichen Maßangaben,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht gemäß Fig. 1a und Fig. 2 sowie eine um 90° gedrehte Ansicht dieser Seitenan sicht,

Fig. 4 einen schematischen Teilquerschnitt eines Tunnels mit der zu entfernenden Wandung und der Umrißkontur der durch Ausschrämen zu erzeugenden Wand,

Fig. 5 eine schematische Ansicht der wesentlichen Elemente der Vorrichtung in Arbeitsstellung,

Fig. 6 eine Ansicht der Vorrichtung in verschiedenen, zum Teil strichpunktiert gezeichneten Arbeitsstellungen,

Fig. 7 eine Ansicht I gemäß Fig. 6,

Fig. 8 eine Teilansicht gemäß Fig. 6 mit einer abgeänderten Ausgestaltung der Gelenkhebel-Anordnung und

Fig. 9 eine Ansicht des Arbeitskopfes der Vorrichtung mit einem Seiten-Schrämfräser, einem Quer-Schrämfräser und einem Abspaltkopf in Arbeitsstellung.

Die Vorrichtung arbeitet nach folgendem Prinzip:

In Fig. 4 ist schematisch eine Tunnelquerschnittshälfte mit einer gewölbten Wand gezeigt, die von Punkt A_1′ bis Punkt A_4′ verläuft. Diese Wand soll nun mit der erfindungsgemäßen Vor richtung soweit ausgeschrämt werden, bis die gewünschte, konstruierte Wandkontur entsteht, die von Punkt A_1′ bis Punkt A_4′ verläuft. Diese Kontur ist bei diesem Beispiel geometrisch aus drei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien R₁, R₂ und R₃ zusammengesetzt. Der Kreisbogen von Punkt A₁ bis Punkt A₂ ist mit dem Radius R₁ um den Mittelpunkt O₁ geschlagen. Tangential am Punkt A₂ schließt der zweite Kreisbogen an mit dem Radius R₂ um den Mittelpunkt O₂ und am Punkt A₃ schließt der dritte Kreisbogen tangential an und verläuft von Punkt A₃ bis Punkt A₄ mit dem Radius R₃ um den Mittelpunkt O₃.

A₁ bildet hierbei den Scheitelpunkt der Tunnelwölbung. Der erste Kreisbogen weist den Winkel ϕ₁ zwischen den Normalen O₁A₁ und O₁A₂ auf, der zweite Kreisbogen den Winkel ϕ₂ zwischen den Normalen O₁A₂ und O₂A₃ und der dritte Kreisbogen den Winkel ϕ₃ zwischen den Normalen O₂A₃ und O₃A₄. Der Mittelpunkt O₂ liegt auf der Verlängerung der Strecke A₂O₁ und der Mittel punkt O₃ auf der Verlängerung der Strecke A₃O₂, so daß bei beliebig vielen aneinandergereihten Kreisbögen eine Koordina tenmatrix für die Lage der Mittelpunkte O₁, O₂ . . . O_i in der Vertikalebene gebildet werden kann, wobei im rechtwinkligen x- y-Koordinatensystem mit der vertikalen Verbindungslinie A₁O₁ als Ordinatenachse jeder Mittelpunkt O_i mit seinem zugehörigen Radius R_i und dem zugehörigen Winkel ϕi, bzw. den Anschluß punkten A_i; A_i+1 dargestellt werden kann.

Auf diese Weise kann, ausgehend vom Scheitelpunkt A₁ mit einem Radius R₁ und einem Kreisbogen mit dem Winkel ϕ₁, jede gewünschte Kontur aus mehreren Kreisbögen zusammengesetzt wer den. Die aus einer solchen Konturenkonstruktion herausgegrif fenen geometrischen Daten können zur Steuerung des Schrämvor ganges benutzt werden, den die erfindungsgemäße Vorrichtung durchführt.

Die in Fig. 4 gezeigte Wandung mit der örtlich verschiedenen Dicke s wird schichtweise abgeschrämt, bis die Kontur A₁ . . . A₄ entsteht. Hierbei wird die Schrämeinrichtung, die eine Seiten-Schrämscheibe 1, eine Quer-Schrämscheibe 2 und einen scheibenförmigen Abspaltkopf 3 aufweist, in der Vertikalebene, senkrecht zur Tunnel-Längsachse, gesteuert an der Kontur A_1′ . . . A_4′ entlang geführt, wobei eine Wandschicht von der Dicke s und der Breite e gemäß Fig. 1a losgelöst wird, was dadurch geschieht, daß die Seiten-Schrämscheibe 1 einen tan gentialen Schlitz mit der Dicke b und der Schrämtiefe m gemäß Fig. 1a und Fig. 2 quasi durch Hinterschneiden einfräst, während die Quer-Schrämscheibe 2 einen Schlitz im Abstand e und mit einer Tiefe z gemäß Fig. 1a senkrecht zu dem, von der Seiten schrämscheibe 1 gefrästen Schlitz erzeugt. Das jetzt nur noch an einer Ecke an der Wandung festhängende Gesteinsmaterial wird anschließend mit dem scheibenförmigen, feststehenden oder rotierend angetriebenen Abspaltkopf 3 gemäß Fig. 1c stückweise losgebrochen.

Wenn nun auf solche Weise eine ringartige Gesteinswulst rings um abgeschrämt ist, wird die gesamte Vorrichtung mittels eines nicht gezeigten Wagens oder Schlittens in Längsrichtung der Tunnelachse um eine bestimmte Weglänge weiterbewegt, so daß die nächste Gesteinswulst ringsum abgeschrämt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Seiten-Schräm fräser 1, einen Quer-Schrämfräser 2 und einen Abspaltkopf 3 auf, die zusammen an einem Schwenkrahmen 10 angebracht sind und die mit jeweils einem separaten Antrieb rotierend ange trieben werden.

Aus Fig. 1a, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 6 sind die geometri schen Zusammenhänge zwischen der Geometrie des Seiten-Schräm fräsers 1, der Schrämtiefe m, des Anstellwinkels β, des Spur korrekturwinkels α und dem jeweiligen Radius R der Tunnel wandung ersichtlich. Die Schrämtiefe m ist begrenzt durch den Außendurchmesser des Seiten-Schrämfräsers 1, dessen geo metrischer Gestaltung und der konstruktiven Ausgestaltung des Schwenkrahmens 10. Aus den erwähnten Zeichnungen sind nun trigonometrische Beziehungen zu entnehmen, die durch ent sprechende Umformungen auf folgende zwei Gleichungen führen, nämlich auf

Gleichung 1:

und

Gleichung 2:

hierbei bedeuten:
β : der Anstellwinkel des Seiten-Schrämfräsers 1 gegen die Normale des jeweiligen Radius R der Tunnelwandung,
α : der Spurkorrekturwinkel in Schrämrichtung,
R_i : jeweiliger Tunnelradius
x_m = m/R₀ : Schrämtiefenfaktor mit
m: Schrämtiefe,
R₀ = Halbmesser des Seiten-Schrämfräsers 1,
R_i = Tunnelradius
x_s = Sp/b : Spurkorrekturfaktor mit
Sp: Vergrößerung der Spurbreite gemäß Fig. 3
b: Schlitzbreite
x_b = b/R₀ : Schrämbreitenfaktor

Werden diese geometrischen Verhältnisse eingehalten, so ist es möglich, die ganze Schrämtiefe m beim jeweiligen Tunnelradius R auszunutzen und ein Rattern des Seiten-Schrämfräsers 1 zu vermeiden.

Bei der Durchführung des Schrämvorgangs werden der Seiten schrämfräser 1, der Quer-Schrämfräser 2 zur Erzeugung eines Schlitzes mit der Querschrämtiefe z gemäß Fig. 1b und der Ab spaltkopf 3 jeweils mit einem getrennten hydraulischen Dreh antrieb angetrieben, wobei die Drehzahlen und die Antriebslei stungen dieser Antriebe von einer nicht gezeichneten zentra len Steuereinrichtung geregelt werden. Diese Steuereinrichtung ist programmierbar und steuert auch die einzelnen hydrauli schen Arbeitszylinder, wobei das Steuerprogramm die geometri schen Daten der gewünschten Tunnelkontur und den Widerstands beiwert enthält, der durch Messungen bekannt ist.

Um die gewünschte Tunnelkontur gemäß Fig. 4 und Fig. 5 durch Abschrämen erzielen zu können, sind fünf verschiedene, sich zum Teil überlagernde Bewegungsvorgänge erforderlich, um jeweils eine Gesteinswulst mit der Breite e gemäß Fig. 1b automatisch gesteuert, abzuschrämen. So muß erstens der Schwenkarm 5 mittels des ersten Arbeitszylinders 6 um das Hauptgelenk 4 verdreht werden. Zweitens muß der zweite Ar beitszylinder 9 den Spurkorrekturwinkel α einstellen. Drittens muß der Radius R_i der Tunnelwandung mit Hilfe des dritten Ar beitszylinders 11 eingestellt werden, wobei der Schwenkrahmen 10, an dem der Seiten-Schrämfräser 1, der Quer-Schrämfräser 2 und der Abspaltkopf 3 angebracht sind, auf einer geraden Linie verschoben wird. Viertens muß der Anstellwinkel β, ab hängig vom Tunnelradius R_i eingestellt werden und fünftens muß der Quer-Schrämfräser 2, der gemäß Fig. 9 schwenkbar am Schwenkrahmen 10 angebracht ist, über einen sechsten Arbeits zylinder 44 in Arbeitsstellung gebracht werden.

Es ist wesentlich für die Erfindung, daß der Anstellwinkel β und der Kurskorrekturwinkel α automatisch von der zentralen Steuereinrichtung mittels eines Steuerprogrammes eingestellt werden, das die geometrischen Daten der gewünschten Tunnelkon tur enthält. Diese zentrale Steuereinrichtung verarbeitet auch die Signale, die von den Wegaufnahme-Sensoren erzeugt werden, die die Kolbenstangenwege der einzelnen Arbeitszylinder erfas sen. Auf diese Weise ist es auch möglich, die im Steuerpro gramm enthaltenen Soll-Tunnelradien auszuschrämen.

Das Hauptgelenk 4 mit horizontaler Drehachse ist auf einem Support 12.4 befestigt. Dieser Support ist über ein Schwenk gestell 12.3, ähnlich wie bei Fahrzeugkranen, über hydrauli sche oder mechanische Stützen 12.2 auf einer Grundplatte 12.1 abgestützt, wobei das Schwenkgestell 12.3, bzw. dessen einzel ne Arme mittels Feststellschrauben 12.5 fixiert werden. Die Grundplatte 12.1 ist auf der Plattform eines Eisenbahnwa gens bei Bahntunnels oder auf LKW-Ladeflächen bei Straßen tunnels befestigt, wobei diese außerdem auf der Tunnelsohle auf bekannte Weise abgestützt werden können.

Die Längsachse des Hauptgelenkes 4 ist parallel zur Tunnel achse ausgerichtet, so daß der Schwenkarm 5 insgesamt um etwa 180° schwenkbar ist.

In Fig. 6 und Fig. 7 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Vorrichtung dargestellt. Oben am Schwenkarm 5 ist ein Stützarm 5.2 befestigt. Dieser Stützarm kann bei sehr großen Tunnelradien mittels eines Verlängerungsstückes 7 ver längert werden, wenn dies durch große Tunnelradien erforder lich ist. Am Stützarm 5.2 sind oben mehrere Gelenkstäbe ange bracht, an denen ein Achsengehäuse 37 gelenkig angeschlossen ist, dessen Längsachse in jeder Stellung beim Verstellen der erwähnten Gelenkstäbe parallel zur Achse des Hauptgelenks 4 ausgerichtet ist. In diesem Achsengehäuse 37 ist eine Schwenk achse 8 drehbar gelagert, auf deren einem Ende ein Zahnrad 8.1 befestigt ist, in das eine Zahnstange eingreift, die an der Kolbenstange eines zweiten Arbeitszylinders 9 befestigt ist, dessen Längsachse senkrecht zur Schwenkachse 8 ausgerichtet ist.

An ihrem anderen Ende ist die Schwenkachse 8 mit mehreren wei teren Gelenkstäben verbunden, an denen ein Schwenkrahmen 10 angeschlossen ist. Die Längsachsen aller Gelenkpunkte dieser erwähnten Gelenkstäbe sind parallel zur Achse des zweiten Arbeitszylinders 9 und zur Achse des Hauptgelenks 4 ausgerichtet.

Am Schwenkrahmen 10 ist gelenkig und kippbar ein erstes Fräser-Antriebsgehäuse 1.1 angebracht, in dem der Antrieb für den Seiten-Schrämfräser 1 angeordnet ist. Infolge dieser kippbaren Anordnung kann der Seiten-Schrämfräser 1 aus der in Fig. 6 gezeigten Arbeitsstellung heraus in die strichpunktierte Ausgangsstellung herausgeschwenkt werden.

Am Schwenkrahmen 10 sind außerdem zwei Stützflansche 31 befestigt zur Aufnahme des Gehäuses eines Abspaltkopfes 3 und eines Querschrämfräsers 2, dessen Drehachse parallel zur Achse des Hauptgelenkes 4 ausgerichtet ist.

In Fig. 5 ist schematisch dargestellt, wie der Seiten-Schräm fräser 1 mittels des dritten Arbeitszylinders 11 längs ver stellbar ist, entsprechend dem Tunnelradius R_i. Entsprechend den jeweiligen Abmessungen der Tunnel-Quer schnittskontur kann der erste Arbeitszylinder 6 wahlweise unten an einem der beiden ersten Zylinder-Gelenkpunkte 12.6 und oben mit seiner Kolbenstange am Stützarm 5.2, bzw. an einem der Stützbolzen 5.1 befestigt werden. Zur Bearbeitung der anderen Tunnel-Querschnittshälfte kann diese Anordnung des ersten Arbeitszylinders 6 spiegelbildlich erfolgen. Die Drehachse der Schwenkachse 8 ist parallel zur Achse des Hauptgelenkes 4 ausgerichtet.

Am Schwenkrahmen 10 sind, wie in Fig. 9 dargestellt, der Seiten-Schrämfräser 1 und mittels Stützflanschen 31 der Quer schrämfräser 2 und der Abspaltkopf 3 jeweils mit ihren Antrie ben befestigt. Diese Antriebe sind vorzugsweise als bekannte hydraulische Drehantriebe ausgebildet, auf deren Abtriebs wellen die beiden Frässcheiben bzw. der Abspaltkopf 3 ange bracht sind. In Schrämrichtung des Pfeiles 70 gemäß Fig. 9 ist der Quer-Schrämfräser 2 vor dem Seiten-Schrämfräser 1 und der Abspaltkopf 3 hinter demselben angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß kontinuierlich eine Gesteinswulst mit der Wulstdicke s und der Wulstbreite e gemäß Fig. 1a und Fig. 1b durch Erzeugung einer Schrämtiefe m mittels des Seiten- Schrämfräsers 1 und einer Querschrämtiefe z mittels des Quer- Schrämfräsers 2 herausgefräst wird, die anschließend vom Ab spaltkopf 3 losgebrochen wird.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, den Schwenkrahmen 10 auf verschiedene konstruktive Art beweglich am Stützarm 5.2 anzubringen. Wesentlich für die Erfindung ist hierbei, daß der Schwenkrahmen 10 auf einer geraden Linie längs verschiebbar und in jeder Stellung fixierbar ist. Dadurch kann der Seiten- Schrämfräser 1 während der Schwenkbewegung des Schwenkarmes 5 an jeden Tunnelradius R angepaßt werden. Die radiale Längsverschiebung des Schwenkrahmens 10 wird durch ein Lemniskaten-Lenkersystem erreicht, das von einem dritten Arbeitszylinder 11 bewegt wird, während die Schrämtiefe m mittels eines Geradführungssystems einstellbar ist, das von zwei parallelen vierten Arbeitszylindern 21 bewegt wird. Die Einstellung des Anstellwinkels β des Seiten-Schrämfrä sers 1 erfolgt durch kombinierte Bewegung des erwähnten Lemniskaten-Lenkersystems und des erwähnten Geradführungs- Systems. Die Einstellung des Spur-Korrekturwinkels α erfolgt durch Schwenken des Schwenkrahmens 10 um die Achse der Schwenkachse 8 mittels des zweiten Arbeitszylinders 9. Die einzelnen Gelenkstäbe des Lemniskaten-Lenkersystems und die des Geradführungs-Systems sind aus Stabilitätsgründen auf bekannte Weise jeweils paarweise und parallel zueinander angeordnet. Diese Gelenkstäbe sind in Ebenen, parallel zur Schwenkachse 8, beweglich angeordnet, wobei die Gelenkachsen jeweils senkrecht zur Achse des Hauptgelenks 4 ausgerichtet sind.

Das Geradführungs-System zur Einstellung der Schrämtiefe m weist mehrere Gelenkstäbe auf, nämlich erste Gelenkstäbe 50 mit den fünften Gelenkpunkten 17 und den sechsten Gelenkpunk ten 18, zweite Gelenkstäbe 50 mit den ersten Gelenkpunkten 13 und den zweiten Gelenkpunkten 14, vierte Gelenkstäben 53, die in den siebten Gelenkpunkten 19 mit den dritten Gelenkstäben 52 und den fünften Gelenkstäben 54 und an ihrem anderen Ende mit den Kolbenstangen der beiden vierten Arbeitszylindern 21 verbunden sind, außerdem sechste Gelenkstäbe 55, die an ihren unteren Enden gelenkig mit mit dem vertikal beweglichen Schiebergelenk 16 und mit ihren oberen Enden an den dritten Gelenkpunkten 15 angeschlossen sind, die am Achsengehäuse 37 angebracht sind, während die oberen Enden der fünften Gelenk stäbe 54 an den achten Gelenkpunkten 20 angebracht sind, die ebenfalls am Achsengehäuse 37 befestigt sind, wobei die Füh rung des Schiebergelenkes 16 am Stützarm 5.2 befestigt ist.

Das Lemniskatenlenker-System besteht aus mehreren Gelenk stäben, die in Ebenen, parallel zu denen des Geradlenker-Sys tems beweglich angeordnet sind: Die siebten Gelenkstäbe 56 sind in den zehnten Gelenkpunkten 23 mit den achten Gelenk stäben 57 und in den neunten Gelenkpunkten 22 mit den neunten Gelenkstäben 58 verbunden, wobei die neunten Gelenkpunkte 22 fixiert sind zum Lemniskatenlenker-System gehören auch die zehnten Gelenkstäbe 59, die oben in den sechszehnten Gelenk punkten 29 mit den zwölften Gelenkstäben 61 und an ihren unteren Enden mittels der fünfzehnten Gelenkpunkte 28 an den achten Gelenkstäben 57 angeschlossen sind. Die neunten Gelenk stäbe 58 sind mit ihren oberen Enden zusammen mit den zwölften Gelenkstäben 61 in den elften Gelenkpunkten 24 gelagert. Die elften Gelenkstäbe 60 sind oben an den siebzehnten Gelenkpunk ten 30, die am ersten Fräser-Antriebsgehäuse 1.1 befestigt sind und unten an den vierzehnten Gelenkpunkten 27 angeschlos sen. Die dreizehnten Gelenkpunkte 26 sind am Schwenkrahmen 10 befestigt. Die dreizehnten Gelenkpunkte 26, an denen die oberen Enden der achten Gelenkstäbe 57 angeschlossen sind werden durch das Lemniskatenlenker-System auf einer Geraden radial verstellt, bezogen auf den Tunnelquerschnitt.

Die zwölften Gelenkpunkte sind mit 25 bezeichnet.

Die beiden dritten Arbeitszylinder 11 sind zwischen den zehnten Gelenkpunkten 23 und den zwölften Gelenkpunkten 25 an bebracht.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist gemäß Fig. 8 das erste Fräser-Antriebsgehäuse 1.1 des Seiten-Schrämfräsers 1 kippbar an dem Kippgelenk 35 angebracht, das am Schwenkrahmen 10 befestigt ist. Hierbei ist der Schwenkrahmen 10 an einer Linearführung 34 längs verschieblich angeordnet, die am Stütz arm 5.2 befestigt ist. Die Längsverschiebung erfolgt über An triebsstäbe 33, die von den dritten Arbeitszylindern 11 be wegt werden. In diesem Falle erfolgt die Einstellung des An stellwinkels β mit Hilfe des fünften Arbeitszylinders 36, der zwischen dem ersten Fräser-Antriebsgehäuse 1.1 und dem Schwenkrahmen 10 gelenkig an diesen Elementen angeschlossen ist.

Mit Hilfe der Spüldüsen 32, die im Bereich des Außenradius des Seiten-Schrämfräsers 1 angeordnet sind, werden die klein stückigen, abgeschrämten Gesteinsteilchen aus dem gefrästen Schlitz herausgespült.

Der Ausschrämvorgang erfolgt in der Weise, daß z. B. gemäß Fig. 4 der Seiten-Schrämfräser 1 unten am Punkt A_4′, bzw. A₄ angesetzt wird. An diesem Konturenpunkt wird der Tunnelradius R₃ eingestellt und dementsprechend der Anstellwinkel β₃ sowie der Spurkorrekturwinkel α₃ gemäß den erwähnten Gleichungen 1 und 2.

Der Schwenkarm 5 wird wird durch den ersten Arbeitszylinder 6 nach oben bewegt, wobei der rotierende Seitenschräm-Fräser 1 und der ebenfalls rotierende Querschräm-Fräser 2 eine Ge steinswulst mit der veränderlichen Dicke s abfräsen, die fort laufend von dem Abspaltkopf 3 losgebrochen wird. Bei Erreichen des Konturenpunktes A₃ wird der Radius auf den Wert R₂ geän dert, worauf die zentrale Steuereinrichtung den hierzu gehö renden Anstellwinkel β und den Spurkorrekturwinkel α ent sprechend dem Steuerprogramm ändert. Auf diese Weise wird fortlaufend eine Gesteinswulst abgeschrämt, bis der Tunnel- Scheitelpunkt A₁ erreicht ist. Der gleiche Vorgang wiederholt sich auf der anderen Tunnelseite, wobei der erste Arbeitszy linder 6, wie bereits erwähnt, spiegelbildlich angeordnet wer den kann.

Nach einem Rundum-Abschrämen einer Gesteinswulst wird der Schwenkrahmen 10 mittels des erwähnten Geradlenker-Systems um eine Wulstbreite e weiter verstellt und der nächste Rundum- Schrämvorgang kann durchgeführt werden.

Ist nun der größtmögliche Verstellweg des Schwenkrahmens 10 in Richtung der Tunnelachse erreicht, wird der Maschinen support 12 um etwa einen Meter in Richtung der Tunnelachse verstellt und neu fixiert, worauf weiter ausgeschrämt werden kann.

Die Kolbenbewegungen der hydraulischen Arbeitszylinder werden von der zentralen Steuereinrichtung über ein Steuerprogramm gesteuert, wobei die einzelnen Kolbenstangenwege durch Wegauf nahme-Fühler auf bekannte Weise ermittelt und an die zentrale Steuereinrichtung in Form von Steuersignalen weitergeleitet werden.

Für den Fall, daß die Tunnelkontur als Schablone vorliegt und die zentrale Steuereinheit durch Abtasten dieser Schablone den Ausschrämvorgang steuert, ist am Schwenkrahmen 10 ein nicht gezeichneter Abstandsensor vorgesehen, der bei Erreichen der gewünschten Soll-Kontur entsprechende Signale an die zentrale Steuereinrichtung leitet.

Die geometrischen Zusammenhänge zwischen den Größen: α; β; m; R₀: R_i und Sp sind aus Fig. 3 ersichtlich.

Der durch Messungen ermittelte Widerstandsfaktor kann zur Berechnung der erforderlichen Antriebsleistung P in Kilowatt benutzt werden, indem eine Gleichung aufgestellt wird, in der P als Funkion von , der Fräsgeschwindigkeit und den in Fig. 3 aufgeführten geometrischen Größen dargestellt ist.

Bezugszeichenliste

1 Seiten-Schrämfräser
1.1 erstes Fräser-Antriebsgehäuse
2 Quer-Schrämfräser
3 Abspaltkopf
4 Hauptgelenk
5 Schwenkarm
5.1 Stützbolzen
5.2 Stützarm
6 erster Arbeitszylinder
7 Verlängerungsstück
8 Schwenkachse
8.1 Zahnrad
9 zweiter Arbeitszylinder
10 Schwenkrahmen
11 dritter Arbeitszylinder
12 Maschinensupport
12.1 Grundplatte
12.2 Stützen
12. 3 Schwenkgestell
12.4 Support
12.5 Feststellschrauben
12.6 erster Zylinder-Gelenkpunkt
13, 14, 15 Gelenkpunkte der horizontalen Gelenkführung
16 Schiebergelenk
17 fünfte Gelenkpunkte
18 sechste Gelenkpunkte
19 siebte Gelenkpunkte
20 achte Gelenkpunkte
21 zwei vierte Arbeitszylinder
22 neunte Gelenkpunkte
23 zehnte Gelenkpunkte
24 elfte Gelenkpunkte
25 zwölfte Gelenkpunkte
26 dreizehnte Gelenkpunkte
27 vierzehnte Gelenkpunkte
28 fünfzehnte Gelenkpunkte
29 sechszehnte Gelenkpunkte
30 siebzehnte Gelenkpunkte
31 Stützflansche
32 Spüldüsen
33 Antriebsstäbe
34 Linearführung
35 Kippgelenk
36 fünfter Arbeitszylinder
37 Achsengehäuse
50 erste Gelenkstäbe
51 zweite Gelenkstäbe
52 dritte Gelenkstäbe
53 vierte Gelenkstäbe
54 fünfte Gelenkstäbe
55 sechste Gelenkstäbe
56 siebte Gelenkstäbe
57 achte Gelenkstäbe
58 neunte Gelenkstäbe
59 zehnte Gelenkstäbe
60 elfte Gelenkstäbe
61 zwölfte Gelenkstäbe
70 Pfeil (Schrämrichtung)
m Schrämtiefe
b Schlitzbreite
s Wulstdicke
e Wulstbreite
z Querschrämtiefe

Claims

1. Vorrichtung zur gesteuerten Ausschrämung gewölbter Wand flächen, insbesondere von Tunnelwänden, dadurch gekenn zeichnet, daß sie folgende Merkmale aufweist:

- einen Maschinensupport (12), an dem ein Hauptgelenk (4) angebracht ist, dessen Längsachse parallel zur Längs achse des auszuschrämenden Tunnels ausgerichtet ist,
- einen Schwenkarm (5), der gelenkig am Hauptgelenk (4) angeschlossen ist und der mittels eines ersten Arbeits zylinders (6), der unten an einem der beiden ersten Zylinder Gelenkpunkte (12.1) am Support (12.4) und oben mit seiner Kolbenstange an einem der Stützbolzen (5.1) am Schwenkarm (5) gelenkig angebracht ist, wobei der Schwenkarm (5) um etwa 180° um das Hauptgelenk (4) dreh bar ist,
- eine Schwenkachse (8), deren Längsachse parallel zur Achse des Hauptgelenkes (4) ausgerichtet ist und die in einem Achsengehäuse (37) drehbar gelagert ist, das be weglich an einem Stützarm (5.2) angeschlossen ist, der oben am Schwenkarm (5) befestigt ist, wobei die Schwenk achse (8) in jeder Stellung parallel zur Achse des Hauptgelenkes (4) ausgerichtet ist,
- einen Schwenkrahmen (10), der fest mit der Schwenkachse (8) verbunden ist und an dem schwenkbar das erste Frä ser-Antriebsgehäuse (1.1) gelenkig angeschlossen ist, an dem ein Seiten-Schrämfräser (1) angebracht ist, dessen Drehachse zum jeweiligen Radius R_i der Tunnel wölbung im Anstellwinkel β mittels eines oder zweier dritter Arbeitszylinder (11) und quer dazu im Spurkor rekturwinkel α_i mittels eines zweiten Arbeitszylinders (9) einstellbar ist, wobei diese Winkeleinstellung über eine zentrale Steuereinrichtung erfolgt gemäß den Bezie hungen
- ein, auf der Schwenkachse (8) befestigtes Zahnrad (8.1), in das eine, auf der Kolbenstange des zweiten Arbeits zylinders (9) angebrachte Zahnstange eingreift,
- einen angetriebenen Quer-Schrämfräser (2) und einen Ab spaltkopf (3), die beide mittels Stützflanschen (31) am Schwenkrahmen (10) angebracht sind und
- mehrere Spüldüsen (32) im Bereich des Seiten-Schräm fräsers (1).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkrahmen (10) mittels eines aus mehreren Gelenk stäben bestehenden Lemniskatenlenker-Systems beweglich am Achsengehäuse (37) angebracht ist, während das Achsen gehäuse (37) mittels eines, aus mehreren Gelenkstäben be stehendes Geradführungs-System am Stützarm (5.2) gelenkig angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer weiteren Ausführungsform das erste Fräser- Antriebsgehäuse (1.1) an einem, am Achsengehäuse (37) angebrachten Kippgelenk (35) gelenkig gelagert ist, das auf einer Linearführung (34) mittels Antriebsstäben (33) über einen dritten Arbeitszylinder (11) verschiebbar ist.