EP0217782A1 - Einrichtung zum Erfassen der Position einer Schrämmaschine oder eines Schrämkopfes relativ zu einer Strecke - Google Patents

Abstract

Eine Einrichtung zum Erfassen der Position einer Schrämmaschine oder eines Schrämkopfes (1) relativ zu einer Strecke weist eine längenveränderliche Strebe (8, 9) auf, die über ein Gelenk (11) an der Schrämmaschine (1) angebracht ist und an ihrem freien Ende einen über ein Gelenk (12) angeschlossenen Greifer (7) für eine Ankervorrichtung in der Strecke trägt. Winkelmeßgeräte an den Gelenken (11, 12) und eine Meßvorrichtung zum Ermitteln des Abstandes zwischen den Gelenken (11, 12) sind mit einer Auswerteschaltung verbunden.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erfassen der Position einer Schrämmaschine oder eines Schrämkopfes relativ zu einer Strecke.
• Bekannte Einrichtungen zum Erfassen der Position einer Schrämmaschine relativ zu einer Strecke weisen einen in der Strecke orientierten Sender für einen Leitstrahl auf. Zumeist wird als Streckenleitstrahl ein Laserstrahl verwendet. An der Schrämmaschine, insbesondere einer Teilschnittschrämmaschine, sind entsprechende Empfänger vorgesehen, welche den vom Sender in der Strecke ausgesendeten Leitstrahl abtasten und auf diese Weise die Korrektur der Orientierung der Schrämma­schine ermöglichen. Mit einem derartigen Streckenleitstrahl ist es zumeist relativ leicht möglich, seitliche Versetzungen der Maschine zu erkennen, die Erfassung von Neigungs- und Gefällswinkeln oder aber eines Rollwinkels der Maschine läßt sich mit einfachen Einrichtungen dieser Art nicht vornehmen. Insgesamt ist ein relativ hoher Schaltungsaufwand erforder­lich, um korrekte Korrektursignale zur Verfügung zu stellen. Nachteilig bei dieser bekannten Ausbildung ist zum einen die Tatsache, daß der Laserstrahlsender bei Ausbaufortschritt immer nachgesetzt werden muß und bei einem Nachsetzen des Senders neuerlich in zeitaufwendiger Weise justiert werden muß. Der relativ hohe Schaltungsaufwand ist zumeist dann nicht gerechtfertigt, wenn eine geringere Präzision bezüglich der exakten Einhaltung einer vorgegebenen Strecke gefordert wird. Bei überaus staubiger Atmosphäre haben derartige Sender darüberhinaus den Nachteil, daß sie nur ein beschränktes Penetrationsvermögen in staubiger Atmosphäre aufweisen. Sofern die Schrämmaschine bzw. die Teilschnittschrämmaschine einmal aus dem Strahlbereich des orientierten Streckenleit­strahles herausmanövriert wurde, besteht ein weiterer Nach­teil darin, daß die Schrämmaschine in überaus aufwendiger Weise erst wiederum in den Strahlbereich des Streckenleit­strahles manövriert werden muß, wobei das Auffinden der korrekten Position relativ zeitaufwendig ist.
• Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine einfache Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher auf die Zuhilfenahme von externen in der Strecke zu orientierenden Hilfsmitteln verzichtet werden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung soll vor allen Dingen auch für beliebige Manöver, insbesondere für das Auffahren von Querstrecken, besonders leicht einsetzbar sein. Gerade beim Auffahren von von einer geraden Strecke verschiedenen Strecken ist bei in der Strecke montierten Hilfssendern ein häufiges Nachsetzen und Nach­justieren erforderlich. Weiters zielt die Erfindung darauf ab, über kurze Streckenabschnitte, wie beispielsweise beim Einbruch, eine hinreichende Führung sicherzustellen. Beim Einbruch kann es ohne weiteres vorkommen, daß das Raupen­fahrwerk auf der Sohle rutscht, sodaß aus dem Antrieb des Raupenfahrwerkes nicht exakt auf die Tiefe des Einbruches geschlossen werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß eine längenver­änderliche Strebe mit einer Ankervorrichtung in der Strecke und einem Lagerpunkt an der Schrämmaschine verbunden ist und daß wenigstens ein Winkelmeßgerät mit dem Gelenk an der Ankervorrichtung und/oder dem Gelenk am Lagerpunkt an der Schrämmaschine verbunden ist. Dadurch, daß eine längenver­änderliche Strebe mit einer Ankervorrichtung in der Strecke und einem Lagerpunkt an der Schrämmaschine verbunden ist, wird ein autonomes System geschaffen, welches ohne externe Streckenleiteinrichtungen üblicher Art auskommt. Dadurch, daß wenigstens ein Winkelmeßgerät mit dem Gelenk an der Ankervor­richtung und/oder dem Gelenk am Lagerpunkt der Schrämmaschine verbunden ist, lassen sich seitliche Abweichungen über kürzeste Strecken ebenso wie kurze Wege in Vortriebsrichtung relativ exakt bestimmen, was insbesondere beim Einbruch von wesentlichem Vorteil ist. Als längenveränderliche Strebe kann in einfacher Weise eine teleskopische Strebe oder aber eine abwinkelbare Strebe verwendet werden, wobei im Falle einer abwinkelbaren Strebe die zwei um eine Achse schwenkbar gelenkig miteinander verbundenen Arme an ihrem Gelenk ein Winkelmeßgerät aufweisen.
• Die längenveränderliche Strebe kann aber alternativ auch von einem unter Federspannung stehenden Seil gebildet sein, dessen Überlänge auf einer Rolle bzw. Haspel aufgespult ist, wobei an der Rolle bzw. Haspel ein Winkelcodierer angeordnet ist. In beiden diesen Fällen läßt sich die effektive Länge der Strebe bzw. des Seiles leicht erfassen und aus den an den Gelenken der Lagerpunkte gemessenen Winkeln läßt sich eine exakte Zuordnung der Position der Schrämmaschine relativ zu einer beliebigen Ausgangsposition erzielen.
• In besonders vorteilhafter Weise ist die Ausbildung hiebei so getroffen, daß die längenveränderliche Strebe an der Anker­vorrichtung in der Strecke und/oder am Lagerpunkt an der Schrämmaschine um zwei einander schneidende oder kreuzende Achsen schwenkbar angelenkt ist und bezüglich jeder der beiden Achsen mit einem Winkelmeßgerät ausgestattet ist. Mit einer derartigen Anordnung lassen sich nicht nur seitliche Versetzungen, sondern auch Neigungen innerhalb der Strecke mühelos bestimmen und es läßt sich eine derartige Bestimmung auch bei relativ kurzem Vortriebsweg exakt vornehmen.
• Bei Ausgestaltung der längenveränderlichen Strebe als Teles­kopstange kann in einfacher Weise ein die Einschublänge bzw. Eintauchtiefe registrierendes Meßgerät, insbesondere eine Tauchspule, mit einem der beiden Teleskopstangenteile ver­bunden sein.
• Die Ankervorrichtung in der Strecke kann in besonders ein­facher Weise mit Krallen zur Verankerung an der Sohle und/oder Greifern bzw. Klauen zur Verankerung an Teilen des Streckenausbaues ausgebildet sein. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, daß ausgehend von einer ursprünglichen Position zunächst über ein kurzes Streckenstück bei unverän­derter Position der Ankervorrichtung gearbeitet wird, worauf nach einem kurzen Maschinenstillstand ein einfaches Umsetzen der Vorrichtung zur Festlegung eines neuen Ausgangspunktes erfolgt, von welchem ausgehend die Maschine ohne aufwendige Justiereinrichtungen neuerlich exakt geführt werden kann.
• In besonders vorteilhafter Weise ist die Ausbildung so getroffen, daß die Signale der Längen- und Winkelmeßgeräte einer Auswerteschaltung, insbesondere einem frei programmier­baren Schaltwerk, zugeführt sind und daß die Auswerteschal­tung mit einer Anzeigevorrichtung für die Position des Schrämkopfes relativ zu einem Streckensollprofil und/oder einer Schalteinheit für die Steuerung der Antriebsaggregate, insbesondere der Hydraulik, der Schrämmaschine verbunden ist.
• Aufgrund der relativ einfachen Ausgestaltung der Einrichtung ist es ohne weiteres möglich, zwei derartige Einrichtungen gleichzeitig an einer Schrämmaschine anzuordnen, wobei beispielsweise eine dieser Einrichtungen die aktuellen Meßwerte liefert, wohingegen die andere umgesetzt werden kann. Die Krallen für die Ankervorrichtung können von ein­fachen Erdspießen oder beliebigen hydraulisch setzbaren Ankern gebildet sein. Die Umsetzung von Klauen oder Greifern an Teilen eines Ausbaues kann manuell vorgenommen werden oder aber auch hydraulisch oder pneumatisch vorgenommen werden. In letzterem Fall kann die Einrichtung selbst mit hydraulischen oder pneumatischen Zylinder-Kolben-Aggregaten ausgebildet sein und nach Art eines Kranauslegers selbsttätig umgesetzt werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­tert. In dieser zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Teilschnittschrämmaschine mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Festlegung an Teilen eines Ausbaues,
• Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer abgewandelten Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung,
• Fig. 3 eine Seitenansicht in Längsrichtung einer Schrämmaschine gesehen mit einer abgewandelten Ausbildung,
• Fig. 4 eine verkleinerte Draufsicht in Richtung des Pfeiles IV der Fig. 3 und
• Fig. 5 und 6 eine abgewandelte Ausbildung, bei welcher anstelle von teleskopischen oder abwinkelbaren Streben ein Seil verwendet wird, wobei Fig. 5 eine Seitenansicht und Fig. 6 eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles VI der Fig. 5 zeigt.
• Bei einer Darstellung nach Fig. 1 ist mit 1 eine Teilschnitt­schrämmaschine bezeichnet, welche einen Schrämarm 2 mit am Vorderende desselben rotierbar gelagerten Schrämköpfen 3 auf­weist. Die Teilschnittschrämmaschine 1 weist ein Raupenfahr­werk 4 auf. Das Raupenfahrwerk ist auf der Sohle 5 einer Strecke verfahrbar, deren Firste mit 6 bezeichnet ist. Auf der Teilschnittschrämmaschine 1 ist eine mit einem Greifer 7 ausgestattete Einrichtung zum Erfassen der Position der Schrämmaschine angeordnet, welche zwei gelenkig miteinander verbundene Arme 8 und 9 aufweist. Am Gelenk der Arme 8 und 9, welches mit 10 bezeichnet ist, ist ein Winkelmeßgerät ange­ordnet, ein weiteres Winkelmeßgerät ist am Gelenk 11 am Lagerpunkt irgendwo an der Teilschnittschrämmaschine, z.B. am Schrämarm 2 oder am Rahmen der Teilschnittschrämmaschine 1, angeordnet. Schließlich ist der Greifer 7 über ein Gelenk 12 mit dem Arm 9 verbunden, wobei auch dieses Gelenk mit einer Winkelmeßvorrichtung verbunden ist. Aus den gemessenen Winkeln bei 10, 11 und 12 lassen sich die Raumkoordinaten des Lagerpunktes 11 relativ zum Greifer 7 in einfacher Weise ermitteln. Der Winkelmeßwert am Gelenk 10 ergibt hiebei in Kombination mit den beiden anderen Meßwerten die Distanz zwischen Greifer 7 und Lagerstelle 11 an der Schrämmaschine und die Winkelmeßwerte am Greifer bzw. an der Schrämmaschine ergeben die relative Orientierung der abwinkelbaren Strebe. Bei der Ausbildung nach Fig. 2 ist anstelle der abwinkelbaren Strebe mit den Armen 8, 9 eine Teleskopstange 13 vorgesehen, wobei hier wiederum am Gelenk 11 an der Teilschnittschrämma­schine 1 und am Gelenk 12 an der Ankerstelle in der Strecke Winkelmeßwerte für die Orientierung der Strebe 13 gewonnen werden. Die Längung der teleskopischen Strebe 13 wird durch eine schematisch mit 14 bezeichnete Tauchspule, in welche ein Teil der Teleskopstange 13 eintaucht, ermittelt. Die Signal­leitung dieser Tauchspule ist mit 15 bezeichnet. Die Signal­leitung 15 führt ebenso wie die Signalleitungen 16 von den Winkelmeßgeräten zu einer elektronischen Auswerteschaltung 17, über welche die Auswertung der korrekten Position der Teilschnittschrämmaschine 1 erfolgt.
• Bei der Ausbildung nach Fig. 3 und 4 ist am Rahmen 18 einer Teilschnittschrämmaschine, deren Raupenfahrwerk wiederum mit 4 bezeichnet ist, eine mit gelenkigen Armen 8 und 9 ausge­stattete Einrichtung der Art nach Fig. 1 ersichtlich, wobei der Arm 8 über ein Gelenk 19 mit dem Rahmen verbunden ist. Das freie Ende des Armes 8 ist über ein Gelenk 20 mit dem zweiten Arm 9 verbunden, welches selbst wiederum über ein Gelenk 21 mit einer Ankervorrichtung in Form einer Kralle 22 verbunden ist. Die Kralle 22 weist Erdspieße 23 auf, welche hydraulisch in die Sohle 5 eingetrieben werden können. An den Gelenken 19, 20 und 21 sind wiederum Winkelmeßgeräte ange­ordnet. Am Gelenk 20 genügt die Erfassung eines Winkels, welcher in Fig. 4 mit α bezeichnet ist, wenn die Beweglich­keit der Arme 8 und 9 aufgrund des Gelenkes nur in einer diesen Winkel enthaltenden Ebene erfolgen kann. Die Gelenke 19 und 21 sind als kardanische Gelenke ausgebildet und es werden daher bei 19 sowohl der Winkel β gemäß Fig. 3, d.h.somit ein Winkel relativ zur Sohlenebene, als auch ein Winkel γ , wie er in Fig. 4 dargestellt ist, gemessen. Aus diesen beiden Winkeln ergibt sich die räumliche Orientierung des Armes 8. Sofern das Gelenk 20 lediglich einen Freiheitsgrad aufweist, genügt die Messung des Winkels α in der Darstellung nach Fig. 4, wohingegen am Gelenk 21 wiederum ein Winkel δ relativ zur Sohlennormalen und ein Winkel ε gemäß der Darstellung nach Fig. 4 gemessen wird. Durch diese beiden Winkel δ und ε läßt sich wiederum die Orientierung der längenveränderlichen Strebe 8, 9 relativ zum Sohlenanker 22 bestimmen.
• In analoger Weise aufgebaut ist eine Einrichtung nach den Figuren 5 und 6, bei welcher anstelle einer abwinkelbaren bzw. teleskopischen Strebe ein auf einer Rolle 24 aufspul­bares Seil 25 eingesetzt ist. Das Seil 25 wird durch eine an einem Stab 26 festgelegte Öse 27 in seiner räumlichen Posi­tion erfaßt, wobei der Stab 26 mit einem Winkelcodierer 28 verbunden ist. Der Winkelcodierer bzw. Winkelsensor 28 erfaßt hiebei neben dem Winkel γ ₁ in der Vertikalebene den in Fig. 6 dargestellten Winkel γ ₂ in der Projektion auf die Sohlen­ebene. Der Winkelsensor 28 ist hiebei an einem Teil des Ausbaues festgelegt, wobei seine Orientierung relativ zur Strecke zunächst vorgegeben wird. Die Länge des Seiles 25 ergibt sich durch Abspulen von der Rolle 24, wobei die Achse 29 der Rolle 24 wiederum mit einem Winkelcodierer 30 verbun­den ist. Die Anzahl der abgespulten Umdrehungen ergibt ein Maß für die Länge des Seiles und aus der Länge und der vollständigen Bestimmung der Raumwinkel ergibt sich die exakte Position eines beliebigen Punktes der Schrämmaschine relativ zu der Einrichtung nach den Figuren 5 und 6. Um die Verfahrensweise weiter zu vereinfachen, kann derjenige Punkt, mit welchem das Seil 25 an der Schrämmaschine verbunden ist, unmittelbar ein Punkt nahe den Schrämköpfen am Schrämarm sein, wobei dieser Lagerpunkt in Fig. 5 mit 31 bezeichnet ist. Eine derartige Wahl des Lagerpunktes erspart die aufwen­dige Feststellung von Maschinenfehlstellungen, da unmittelbar die Position des Schrämwerkzeuges überwacht werden kann.
• In Fig. 5 und 6 ist der Teil des Ausbaurahmens, an welchem die Einrichtung festgelegt ist, mit 32 bezeichnet. Die Signale der Winkelsensoren 28 bzw. des Winkelcodierers 30 sind einem in den Figuren 5 und 6 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichneten Auswertegerät zugeführt, welches schematisch in Fig. 2 mit 17 angedeutet wurde.
• Je nach der gewünschten Genauigkeit können alle oder auch nur Teile der zur Verfügung stehenden Winkelmeßwerte ausgewertet werden.
• Die Kralle 22 bzw. der Greifer 7 können mit hydraulischen Setzeinrichtungen versetzt werden. Die Kralle kann mittels einer Hubsenkbewegung aus der Sohle gelöst bzw. verankert werden, wobei das Anpressen durch ein hydraulisches Zylin­der-Kolben-Aggregat bewerkstelligt werden kann, welches an der Maschine selbst abgestützt ist. Anstelle einer einzigen derartigen Vorrichtung können mit einer Schrämmaschine 2 derartige Vorrichtungen verbunden sein, wobei jeweils eine für die laufende Überwachung der Position der Schrämmaschine 1 eingesetzt wird, wohingegen zwischenzeitlich die zweite Vorrichtung umgesetzt wird und auf diese Art und Weise ein neues autonomes Bezugssystem geschaffen wird. Die zuletzt von der einen Einrichtung gemessenen Positionswerte werden als Ausgangswerte für die zweite Einrichtung verwendet, sodaß ein mühsames Justieren relativ zu in der Strecke vorhandenen Streckenleiteinrichtungen ohne weiteres entfallen kann. Ein derartiges Umsetzen gelingt aber auch mit nur einer Einrich­tung, sofern der für das Umsetzen insgesamt zurückgelegte Weg der einzelnen Teile der Einrichtungen registriert wird. Nach dem Erreichen der neuen Position wird unter Berücksichtigung des relativ zur Maschine für das Umsetzen zurückgelegten Weges der Streben bzw. des Seiles ein neues Ausgangsbezugs­system geschaffen, von welchem ausgehend die Position der Schrämmaschine während des nächsten Streckenabschnittes überwacht werden kann.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich auch im Rahmen eines Systems, mit welchem das Durchrutschen von Raupen früh­zeitig erkannt wird oder verhindert wird. Beim Vergleich von Signalen des Raupenantriebsmotors mit der tatsächlich ge­messenen Bewegung der Maschine relativ zum Boden läßt sich erkennen, ob die Raupen die Bewegung vollständig auf den Boden übertragen oder ob sie rutschen. In einem Fall, in welchem ein Rutschen beobachtet wird, kann das Antriebsmoment der Raupen zurückgenommen werden und auf diese Weise ein Durchrutschen und Sichvergraben des Raupenfahrwerkes verhin­dert werden.

Claims (7)

1. Einrichtung zum Erfassen der Position einer Schrämmaschine (1) oder eines Schrämkopfes (3) relativ zu einer Strecke, dadurch gekennzeichnet, daß eine längenveränderliche Strebe (8,9,13,25) mit einer Ankervorrichtung (7,22,32) in der Strecke und einem Lagerpunkt an der Schrämmaschine (1) verbunden ist und daß wenigstens ein Winkelmeßgerät mit dem Gelenk (12,21,28) an der Ankervorrichtung und/oder dem Gelenk (11,19) am Lagerpunkt an der Schrämmaschine (1) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die längenveränderliche Strebe von zwei um eine Achse schwenkbar gelenkig miteinander verbundenen Armen (8,9) gebildet ist und am Gelenk (10) ein Winkelmeßgerät angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß die längenveränderliche Strebe von einem unter Federspannung stehenden Seil (25) gebildet ist, dessen Überlänge auf einer Rolle (24) bzw. Haspel aufgespult ist, und daß an der Rolle (24) bzw. Haspel ein Winkelcodierer (30) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß die längenveränderliche Strebe (8,9) an der Ankervorrichtung (22) in der Strecke und/oder am Lagerpunkt an der Schrämmaschine um zwei einander schneidende oder kreuzende Achsen schwenkbar angelenkt ist und bezüglich jeder der beiden Achsen mit einem Winkelmeßgerät ausgestattet ist (Fig.3,4).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die längenveränderliche Strebe als Teleskopstange (13) ausgebildet ist und daß ein die Einschublänge bzw. Eintauchtiefe registrierendes Meßgerät, insbesondere eine Tauchspule (14), mit einem der beiden Teleskopstangenteile verbunden ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankervorrichtung mit Krallen (22) zur Verankerung an der Sohle und/oder Greifern (7) bzw. Klauen zur Verankerung an Teilen des Streckenausbaues ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Längen- und Winkelmeß­geräte einer Auswerteschaltung (17), insbesondere einem frei programmierbaren Schaltwerk, zugeführt sind und daß die Auswerteschaltung mit einer Anzeigevorrichtung für die Position des Schrämkopfes (3) relativ zu einem Streckensoll­profil und/oder einer Schalteinheit für die Steuerung der Antriebsaggregate, insbesondere der Hydraulik, der Schräm­maschine (1) verbunden ist.

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