WO2004016900A1 - Fahrbares arbeitsgerät mit einem werkzeugkopf - Google Patents

Abstract

Ein fahrbares Arbeitsgerät mit einem Werkzeugkopf, z.B Bohrgerät oder Manipulator besitzt zur Steuerung der Bewegungsabläufe seiner Hebel und Werkzeuge Hydraulikmotoren oder Zylinder/Kolbeneinheiten. Die hydraulischen Kraftmaschinen werden durch Proportionalventilr mit Stromsteuerung durch ein steuerbares Strom - Steuergerät angesteuert. Die zugehörigen Logikbausteine sind mit den Strom - Steuergeräten (36) ist mit seinem Logikbaustein (35) zu einer Baueinheit (37) vereinigt, weiches ausserhalb des Rechnergehäuses in räumlicher Nähe, insbesondere in unmittelbarer Nachbarschaft des zugeordneten Proportionalventils (30) oder an diesem angeordnet ist. Jede Baueinheit besitzt einen Stromanschluss (39), weicher mit einer Spannungsquelle (40) verbindbar und mit dem Logikbaustein (35) des Steuerbausteins verbunden ist. Die Ansteuerung des Rechners kann mittels tragbarem Funkgerät geschehen.

Description

Fahrbares Arbeitsgerät mit einem Werkzeugkopf

Die Erfindung betrifft ein fahrbares Arbeitsgerät mit einem Werkzeugkopf nach dem Oberbegriff des Anspruch 1. Derartige Arbeitsgeräte werden insbesondere im Bergbau und Tunnelbau für den Tunnelvortrieb benutzt. Insbesondere sind diese Arbeitsgeräte eingesetzt als Bohrmaschinen zur Anfertigung von Bohrlöchern und Sprengstofflöchern oder als Manipulatoren, wobei an dem Werkzeugkopf ein Greifkopf angebracht ist, mit dem schwere Gegenstände, insbesondere Ausbaugerät, Ausbaustützen, Rohre und dergleichen greifbar und transportierbar sind.

Mit Hilfe des im Oberbegriff angegebenen Systems von Hebeln, Gelenken, Drehgelenken, Hydraulikmotoren und Zylinder/Kolbeneinheiten können die Werkzeuge wie z. B. Bohrmaschine oder Greifer in beliebige gewünschte Positionen oder Ausrichtungen gesteuert werden. Bergbau und Tunnelbau bedingen einerseits einen sehr rauen Betrieb, erfordern trotzdem aber neben einer hohen Arbeitsgenauigkeit vor allem Arbeitssicherheit und Einfachheit der Bedienung, durch die die schwierigen Arbeitsbedingungen ausgeglichen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, durch geeignete Auslegung der Steuereinrichtungen zur Robustheit und Sicherheit des Arbeitsgerätes und zur Einfachheit und Sicherheit der Bedienung des Arbeitsgerätes beizutragen.

Die Lösung nach Anspruch 1 hat den Vorteil, dass die Länge der hydraulischen Leitungen und elektrischen Leitungen auf ein Minimum reduziert und insbesondere Leitungsabschnitte außerhalb des Arbeitsgerätes, wo sie nicht wirksam schützbar sind, vermieden werden. Auch der Aufbau der Steuerung gestaltet sich auf diese Weise sehr einfach, so das auch Wartungsarbeiten und Reparaturarbeiten unter Tage gut durchführbar sind. Wegen der Größe derartiger Arbeitsgeräte ist der eigentliche Ort des Geschehens, an dem das Werkzeug eingesetzt wird für den Bedienungsmann, der auf dem Arbeitsgerät sitzt und von dort aus sowohl den Fahrantrieb wie auch die einzelnen Funktionen bedienen kann, schwer zu übersehen. Die Weiterbildung nach Anspruch 2 schafft ohne die Notwendigkeit externer Leitungen außerhalb des Arbeitsgerätes die Möglichkeit für den Bedienungsmann, so nah wie aus Sicherheitsgründen möglich an die eigentliche Arbeitsstelle heranzugehen und bei guter Beobachtung des Werkzeuges die erforderliche Positionierung und Ausrichtung des Werkzeuges vorzunehmen.

Das dabei erwähnte Funkgerät kann zum einen ein Bedienungspult aufweisen, an dem geeignete handbedienbare Tasten und Hebel angeordnet sind. Die Verwendung des Funkgerätes gestattet aber auch, einen Teil der gewünschten Rechnerkapazität nicht an dem Arbeitsgerät, sondern ortsfest an einem geeigneten Ort zu installieren. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn mittels der installierten Rechnerkapazität auch die Programmierung einer Folge von Funktionen, Funktionsverläufen, Funktionsgrenzen erfolgen soll, wie dies durch Anspruch 12 vorgeschlagen wird. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, eine größere Rechnerkapazität zu verwenden und dadurch zu vollautomatischen Arbeitsabläufen zu gelangen.

Eine weitere Reduzierung des Leitungsaufwandes wird in der Weiterbildung nach Anspruch 3 erreicht. Dabei können in der Nähe der anzusteuernden Ventile elektronische Bauteile verwandt werden, die sehr robust und nicht störanfällig und in ihrer Funktion im wesentlichen auf die Stromsteuerung begrenzt sind.

Zur Stromsteuerung wird vorzugsweise ein Pulsmodulationsverfahren verwandt, bei dem in einer Abfolge von Stromimpulsen mit konstantem Maximalstrom die Impulsdauer derart steuerbar ist, dass sich die angesteuerte Höhe des Effektivstroms ergibt.

Die zu Anspruch 3 alternaive Ausbildung nach Anspruch 4 sieht vor, dass ein wesentlicher Teil der Rechnerkapazität ebenfalls dezentralisiert und in die Steuerbausteine verlegt wird. Dadurch wird erreicht, dass die Steuerbausteine im wesentlichen autark sind und daher der Rechner im wesentlichen nur noch zur Eingabe und Weitergabe sowie zur Adressierung von Steuersignalen dient. Ein besonderer sich hierdurch ergebender Vorteil, der weiterhin zur Kompaktheit der Auslegung der Steuerung beiträgt, ist in Anspruch 5 angegeben. Damit lässt sich auch die Ausbildung nach Anspruch 6 realisieren, bei der auf eine Verschlauchung mit den den einzelnen Funktionen der Kraftmaschinen zugeordneten Druckschläuche vermieden wird. Das Arbeitsgerät wird dadurch noch sicherer und weniger störanfällig.

Dem selben Ziel dient die Ausbildung nach Anspruch 7, welche eine Blockausbildung auf der hydraulischen Seite und auf der elektrisch/elektronischen Seite vorsieht, wobei beide Blöcke in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander angeordnet werden und die Leitungslängen von Schläuchen und Leitungen auf ein Minimum reduziert werden können. Die Maßnahme nach Anspruch 7 und Anspruch 8 werden daher vorteilhafter Weise miteinander verbunden.

Die Ausbildung nach Anspruch 9 dient ebenfalls der Vermeidung freiliegender Leitungen.

Andererseits kommt die Ausbildung nach Anspruch 7 und 8 insbesondere der Verwendung im Untertagebetrieb entgegen, wo aus Sicherheitsgründen nur bestimmte Stromhöhen zugelassen sind. In diesem Sinne dient die Ausgestaltung nach Anspruch 10 der erhöhten Sicherheit, wobei die Vorteile der Ausgestaltung der Steuerblöcke nach Anspruch 7 mit einem Stromanschluss für jeden Steuerbaustein genutzt werden. Es ist ein wesentliches Merkmal dieser Erfindung, dass die Kraftmaschinen hydraulisch mittels Proportionalventilen angesteuert werden. Proportionalventile haben die Eigenschaft, dass sie durch Magnete betrieben werden und daß die Magnete durch Steuerung der Stromhöhe in jeder beliebigen Position einstellbar sind. Dies kommt der Einfachheit und Sicherheit der Bedienung deswegen entgegen, weil der Bedienungsmann an der für die Funktion vorgesehene Bedientaste oder Handhebel ein bestimmte Position vorgeben kann, die sodann der Werkzeugkopf auch anfährt und einnimmt; mit anderen Worten: Der Werkzeugkopf folgt unmittelbar und proportional der Steuerbewegung.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 11 dient dem Zweck, die Genauigkeit der Positionierung und/oder Ausrichtung des Werkzeugkopfes und der Werkzeuge zu gewährleisten. Dabei werden ebenfalls externe Leitungen vermieden. Diese Ausführung kann sowohl auf der Basis der Weiterbildung nach Anspruch 3 als auch auf der Basis der Weiterbildung nach Anspruch 4 geschehen. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 3 hat die Rückführung der Messsignale zu dem Rechner zu erfolgen. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 4 bis 6 wird die Verlegung von Messleitungen auf ein Minimum reduziert; insbesondere können die Messleitungen an der Kraftmaschine unbeweglich befestigt werden. Bei der bisherigen Beschreibung der Erfindung wurde von einer Handbedienung ausgegangen. Die Weiterbildung nach Anspruch 12 gestattet es, alle oder eine Teil der Arbeiten und Funktionen automatisch durchzuführen. So ist es z. B. möglich, bei Verwendung einer Bohrmaschine als Werkzeug eine bestimmte Anordnung einer Vielzahl von Bohrlöchern in der zu bearbeitenden Felswand vorzusehen und einzuprogrammieren. Der Ablauf der Arbeiten oder Funktionen erfolgt sodann automatisch und kann aus sicherer Entfernung überwacht oder durch entsprechende Programmierung gesteuert werden. Anspruch 13 dient der Verbesserung der Arbeitsgenauigkeit. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass das Arbeitsgerät vorzugsweise einen eigenen Antriebsmotor besitzt. Daraus ergibt sich für den Untertage- und Tunnelbetrieb, dass für die Funktionsabläufe, Arbeitspositionen und Ausrichtungen des Werkzeugkopfes und Werkzeuges vorgegebene räumliche Bezugspunkte erforderlich sind, die von dem Gerät nicht immer genau getroffen werden können. Dieser Nachteil wird nach Anspruch 13 vermieden. Es wird auch ein halbautomatischer Betrieb vorgesehen. In der Ausgestaltung nach Anspruch 14 wird vermieden, dass durch Hilfssteuerungen ein Schaden entsteht. Vorgegebene Grenzwerte können nicht überschritten werden. Das ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Arbeitsgerät mit einer Bohrmaschine ausgestattet ist. In der Weiterbildung nach Anspruch 15 wird die Vorschubkraft, die auf die Bohrmaschine einwirkt, so gesteuert, dass ein bestimmtes Drehmoment an dem Bohrer nicht überschritten wird. In der Ausgestaltung nach den Ansprüchen 12 - 15 ist auch ein halb- oder teilautomatischer Betrieb möglich, wenn - wie Anspruch 12 dies vorsieht - nur Funktionsgrenzen, Arbeitsbereichsgrenzen wie z. B. Tunnelkonturen, Höchstkräfte, maximale Drehmomente vorgegeben und automatisch angesteuert und evtl. - wie nach den Ansprüchen 13 - 15 vorgesehen - ihre Einhaltung auch gemessen und als Korrektursignal auf die Steuerung, d. h. den Rechner oder die Logik-Bausteine zurückgeführt wird. Die Erfindung ist grundsätzlich für alle Arbeitsgeräte anwendbar. Die Kompaktheit der mechanischen Ausführung der Steuerung gestattet jedoch die Ausführung nach Anspruch 16, bei welcher das Arbeitsgerät zweiteilig ausgebildet ist und aus motorgetriebener Lafette und aus Werkzeugträger besteht. Durch die kompakte Ausführung der hydraulischen und der elektrisch/elektronischen Steuerung, die durch diese Erfindung erreicht wird, können auch bei der Ausführung nach Anspruch 16 Platz- und Unterbringungsprobleme vermieden werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigt Figur 1 schematisch die Steuerung für eine Bohrmaschine nach Figur 2.

Im Folgenden werden für gleichartige Teile identische Bezugszeichen verwandt. Die Beschreibung einer Bohrmaschine geschieht nur als Beispiel, für welches die angegebene Steuerung besonders vorteilhaft einsetzbar ist. Ein Manipulator, der eine Greifeinrichtung zum Greifen schwerer Gegenstände wie z. B. Rohr, Ausbaustützen und ähnliches zu greifen, transportieren und zu positionieren hat, weist eine ähnliche Problematik auf, was die Beweglichkeit des Werkzeugs und die Arbeitsbedingungen mit der geforderten Sicherheit einerseits und der erforderlichen Nähe zur Stelle des Geschehens andererseits betrifft. Insoweit wird die Bohrmaschine hier lediglich stellvertretend beschrieben.

Das Arbeitsgerät weist eine Lafette 1 auf. Die Lafette 1 ist im Untertage-Betrieb oder Tunnelbau-Betrieb auf einer Raupe 2 fahrbar. Der Fahrantrieb ist hier nicht dargestellt. Er wird vom Führerstand 3 aus mittels der Fahrsteuerung 4 bedient. An der Lafette 1 ist ein Werkzeuggestell 47 austauschbar befestigt. Das Werkzeuggestell 47 ist individuell für die unterschiedlichen Arten von Werkzeugköpfen hergestellt und dient in jedem Falle zur Lagerung einer Kette von Hebeln 6,7,8 die durch Scharniergelenke 18 oder Drehgelenke 17 miteinander verbunden sind. In der Darstellung sind die Hebel 6, 7 und 8 zu sehen, welche durch Scharniergelenke 18 miteinander verbunden sind und dadurch relativ zueinander in einer senkrechten Ebene schwenkbar sind. Zur Durchführung der Schwenkbewegungen dienen hydraulische Kraftmaschinen, die im dargestellten Fall als Zylinder-Kolbeneinheiten 14 ausgeführt sind. Zur Erreichung einer entsprechenden Beweglichkeit können auch Drehgelenke oder Kardangelenke verwandt werden. Kardangelenke gestatten ebenfalls die Drehung der Hebelpaare relativ zu einander. Im dargestellten Fall ist der Werkzeugkopf 5 mittels eines senkrecht schwenkbaren Scharniergelenks 19 sowie mittels des horizontal schwenkbaren Scharniergelenks 20 mit den Hebeln 8 verbunden. Zum entsprechenden Antrieb in der senkrechten und der horizontalen Ebene dienen die Zylinder-Kolbeneinheiten 15 und 16. Die beiden Scharniergelenke 19 und 20 bilden gemeinsam das Drehgelenk bzw. Kardangelenk 17.

An dem Werkzeugkopf 5, der im Sinne dieser Anmeldung ebenfalls als Hebel zu bezeichnen ist, ist der Vorschubträger 10 befestigt. In dessen Vorschubkulisse ist die Bohrspindel 11 bzw. das Lagergehäuse der Bohrspindel 11 im Sinne der Bohrbewegung geradlinig bewegbar. Für die Vorschubbewegung dient eine hydraulische Kraftmaschine, in diesem Falle die Zylinder-Kolbeneinheit 13, die das Lagergehäuse der Bohrspindel gegenüber dem Werkzeugkopf 5 abstützt. Auf dem Lagergehäuse der Bohrspindel ist als Bohrantrieb der Antriebsmotor 12, vorzugsweise ein Hydraulikmotor 12 angebracht.

Es ergibt sich aus der großen Zahl unterschiedlicher Funktionen des Arbeitsgerätes und dem Einsatzort, dass die Steuerung der einzelnen Kraftmaschinen sehr aufwendig ist, dass aber andererseits ein erheblicher Platzbedarf besteht, da die gesamte Steuerung möglichst in den nicht bewegten Teilen des Arbeitsgerätes, d. h. vorzugsweise in dem Werkzeuggestell 47 untergebracht werden sollte, während eine Unterbringung der Steuerung an beweglichen Teilen, z.B. den Hebeln 5, 6, 7, 8 nicht zweckmäßig ist wegen der damit verbundenen Gefahr der Beschädigung. Im dem Werkzeuggestell 47 sind die Hydraulik-Steuerung, Ventilsteuerung 21, ein elektrischer/elektronischer Steuerblock 22 sowie ein Rechner 23 untergebracht. Der Aufbau des elektrisch/elektronischen Steuerblocks 22 gestattet es, möglichst viele Funktionen des Rechners in dem Steuerblock unterzubringen, so dass nicht nur die reinen elektrischen Steuerfunktionen, sondern auch die Rechnerfunktionen wie Programmierung und Programme, Parametereingabe usw. dem Steuerblock zugeordnet und damit dezentral in unmittelbarer Nähe der hydraulischen Ventilsteuerung erfolgen können. Der Rechner 23 ist - außer mit einem üblichen (hier nicht gezeigten) Handsteuergerät für die Eingabe von Daten - mit einem Funkempfänger 24 ausgerüstet. Empfangen werden die Daten, die von einem Sender 27 eines tragbaren Funkgeräts 25 ausgehen und an dem tragbaren Funkgerät 25 mittels Bedientasten, Hebeln und dergleichen 26 eingegeben werden können. Der Bedienungsmann hat mit diesem tragbaren Funkgerät die Möglichkeit möglichst nah an die Bohrstelle heranzugehen und die Position des Bohrers 11 und seine Ausrichtung zu steuern.

Der Aufbau der Hydraulik - Steuerung 21, des elektrisch/elektronischen Steuerblocks 22 sowie des Rechners 23 und des Funk - Steuergeräts 25 werden nachfolgend anhand von Figur 2 beschrieben.

Die Steuerung des Arbeitsgerätes besteht einerseits aus dem Hydrauliksystem und andererseits aus dem Elektroniksystem.

Das Elektroniksystem ist modular aufgebaut. Es ist jeweils ein Modul einem oder zwei Proportionalventilen 30 zugeordnet. Die Module sind in dieser Anmeldung als Steuerbaustein 37 bezeichnet. Jeder Steuerbaustein 37 besitzt einen eigenen Mikroprozessor 36. Dieser ist mit einem nichtflüchtigen Speicherbereich sowohl für programmierbare Einzelparameter als auch für den seriellen Datenverkehr zu einem Master-Baustein zuständig. Jedes Steuerbaustein 37 besitzt ferner 4 hochdynamische opto-entkoppelte Leistungsendstufen, Logik - Bausteine 35 mit niedrigem Innenwiderstand, die in diesem Fall zur Vermeidung der Ventilhysteresen Pulsweiten - moduliert gesteuert getaktet werden.

Mehrere Module 37 sind zu einem Steuerblock 42 aneinander gefügt. Dazu besitzen die Module seitlich einerseits positive und andererseits negative zu einander passende Steckverbindungen 38 als Ein- und Ausgang. Ein- und Ausgang jedes Moduls sind intern durch die interne Busleitung 43 verbunden. Die Steckverbindungen benachbarter Module werden ineinander gesteckt und auf diese Weise eine Busverbindung für alle zu einem Steuerblock 42 zusammengefügten Module geschaffen. Über diese Steckverbindungen erfolgt sowohl die Spannungsversorgung der Mikroprozessoren, Stromsteuer - Geräte 37 wie auch die Steuersignalübertragung und die Übertragung der Adresscodes, durch welche eines der miteinander verbundenen Module 37 angesprochen wird.

Es ist also jedem Modul, Steuerbaustein 37 ein bestimmter Adresscode zugeordnet. Dieser Adresscode wird zusammen mit den gesendeten Steuersignalen seriell über die externe Busleitung 41 an den Steuerblock 42 und über die interne Busleitung 43 an alle Strom - Steuergeräte 36 der Module, Steuerbausteine 37 übertragen. Jedem der Steuerbausteine ist ein bestimmter Adresscode zugewiesen, so dass nur der betroffene Steuerbaustein angesprochen wird.

Weiterhin besitzen alle Steuerbausteine 37 einen Stecker 39 als Stromanschluß für die Leistungsendstufen, Logikbausteine 35. Daher kann, nicht muss, jeder Steuerbaustein mit einer Spannungsquelle verbunden werden zur Stromversorgung der Leistungsendstufen 35 bzw. Magnete der Ventile. Schließlich verfügt jeder Steuerbaustein über einen mehrpoligen Stecker (nicht gezeigt), über den sowohl eine Programmierung mittels eines externen Computers als auch eine Parametrierung mittels eines Handterminals mit Anzeigedisplay erfolgen kann (nicht dargestellt). Hierdurch können bestimmte Vorgaben in jeden Stromsteuergerät 36 eingegeben werden. Dies kann auch während des laufenden Betriebes geschehen. Die eingegebenen Daten werden in einem dem Stromsteuergerät 36 zugeordneten Speicher (Eprom) gespeichert. Es können für die Stromsteuerungen übliche Parameter wie z. B. die Ditherfrequenz zur Pulsweiten Modulation, der minimale und der maximale Strommittelwert, Rampenanstieg usw. für jeden Leistungsausgang individuell vorgegeben werden.

Durch die Opto-Eπtkopplung zwischen Steuer- und Leistungselektronik jedes Moduls (Steuerbaustein 37) ist es möglich, beide über unterschiedliche Stromkreise zu versorgen. Dies ist aus Sicherheitsgründen besonders wichtig, da auf diese Weise vermieden werden kann, dass sich Leistungsstrom und Steuerstrom addieren, so dass die zulässigen Grenzwerte - bei einer Spannungsversorgung mit 12 Volt darf ein Wert von ca. 1,5 Ampere nicht überschritten werden - sehr wichtig ist.

Es sei besonders hervorgerufen, dass jedem Steuerblock auch ein Baustein zugeordnet ist, der ausschließlich Steuerzwecken, nicht auch der Stromversorgung eines Ventils dient. Dieser Baustein wird als Master-Baustein 38 bezeichnet. Er enthält insbesondere ein Mikroprozessor-gesteuertes Kommunikationssystem. Dieses ist sowohl für den dem Steuerblock internen seriellen Datenverkehr zu den einzelnen Steuerbausteinen des Steuerblocks 42 als auch für den Datenverkehr zu externen Steuerungssystemen, insbesondere dem zentralen Rechner 23 zuständig, Es ist möglich und zweckmäßig einen mehr oder weniger großen Teil der Rechnerfunktionen in den Masterbaustein 38 zu verlegen, einschließlich Programmierung und Parametrierung von Arbeitsfunktionen. Dadurch werden die Rechnerfunktionen dezentral in der unmittelbaren Nachbarschaft der hydraulischen Steuerungen ausgeführt, denen sie zugeordnet sind. Dies trägt zu einer Verminderung des Leitungsaufwandes und damit zur Robustheit, Sicherheit und Kompaktheit der Steuerung bei.

Die hydraulischen Kraftmaschinen, Drehantriebe sowie translatorisch bewegbaren Antriebe, z. B. 19 + 20 bzw. 13 - 16 werden über eine Verschlauchung, Schläuche 34 mit dem Verteilerblock 29 verbunden. Der Verteilerblock ist einerseits an eine hydraulisch Druckquelle angeschlossen (hier nicht gezeigt). In ihm verzweigen sich die Punktleitungen zu den einzelnen Hydraulikventilen 30. Bei diesen Ventilen handelt es sich insbesondere, nicht in jedem Fall, um Proportionalventile 30. Die Ventilkolben derartiger Proportional ventile werden jeweils durch einen oder zwei Elektromagneten 32 bewegt und können nicht nur in Endpositionen, sondern auch in allen Zwischenpositionen in Abhängigkeit von der Höhe des Stroms, mit dem die Magnete 32 beaufschlagt werden, positioniert werden. Hierzu sind die Stromkästen 31, die auf den Ventilen 30 sitzen, über Leitungen 33 mit den zugeordneten Steuerbausteinen 37 verbunden, und zwar vorzugsweise die Magnete eines Ventils mit einem Steuerbaustein 37. In diesen Steuerbausteinen 37 wird ein Gleichstrom in einen pulsierenden Wechselstrom verwandelt, dessen Pulslänge und/oder Pulshöhe derart steuerbar ist, dass sich ein steuerbarer Effektivstrom einstellt, welcher einen im proportionalen Verstellweg des angesteuerten Magneten und Ventilkoibens bewirkt.

Zur Stromsteuerung dienen Stromsteuergeräte 36. Dabei handelt es sich um Mikroprozessoren, durch welche die Logik-Bausteine 35 zur Herstellung einer gewünschten Pulsmodulation ansteuerbar sind. Jedem Logik-Baustein 35 ist ein derartiges Stromsteuergerät 36 zugeordnet. Nach dieser Erfindung werden jeweils ein Logik-Baustein 35 und ein Stromsteuergerät 36 zu einer Baueinheit 37 (Modul) vereinigt. Jede Baueinheit 37 hat auf einer Seite einen Eingang und auf der gegenüber liegenden Seite einen Ausgang, vorzugsweise ausgebildet als Steckverbindung 38, für die Steuersignale 38.

Ferne besitzt jeder Steuerbaustein 37 einen als Steckverbindung ausgeführten Stromanschluss 39, mit dem der jeweilige Logik-Baustein 35 über eine entsprechende Leitung mit einer Spannungsquelle 40 verbunden werden kann. Nach dieser Erfindung ist - wie gesagt - jeweils ein Logik-Baustein 35 und ein Strom-Steuergerät 36 mit den beschriebenen Anschlüssen zu einer Baueinheit 37, im Rahmen dieser Anmeldung als Steuerbaustein oder Modul bezeichnet, vereinigt. Dieser Steuerbaustein 37 ist in einem möglichst raumsparenden, der Form der zu verwendenden Platinen angepassten flachen, im wesentlichen scheibenförmigen Kasten untergebracht. Ein derartiger Kasten besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff. Jeder dieser Kästen besitzt auf einer Stirnseite den Stromanschluss 39 für den in dem Kasten untergebrachten Logikbaustein 35 und auf der Seitenflächen sich gegenüberliegende abwechselnd positive und negative Steckverbindungen 38, die zu einander passen. Es können auf diese Weise mehrere Kästen zusammen gefügt werden zu dem sogenannten Steuerblock 42. Dazu werden die Kästen mit den Seiteflächen so aufeinander gelegt, dass die Steckverbindungen 38 ineinander greifen. Jeder Kasten besitzt zwischen dem Eingang und dem Ausgang seiner Steckverbindung eine entsprechende Busleitung mit mehreren Adern, über welche die noch zu beschreibenden Eingangssignale im Steuereingang 38 sämtlichen Steuerbausteinen 37 des Steuerblocks 42 zugeführt werden können.

Vorzugsweise ist jeweils ein elektonisdcher/ elektrischer Steuerblock 42 mit der entsprechenden Anzahl von Steuerbausteinen 37 jeweils einem hydraulischen Verteilerblock 29 mit den darin befestigten Ventilen 30 bzw. Magneten 32 zugeordnet.

Durch diese blockartige Ausführung sowohl des Hydraulik-Steuersystems wie auch des Elektronik-Steuersystems können beide in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander angeordnet werden. Die Leistungs-führenden Leitungen 33 können daher über eine große Verlegungslänge gebündelt und gekapselt geführt werden, wodurch die Beschädigungsgefahr vermindert wird. Jedem Steuerblock ist - wie gesagt - ein Master - Baustein 48 zugeordnet. Dabei handelt es sich um einen Mikroprozessor der außerdem über Speicherkapazität und Programmspeicherkapazität verfügt. Dieser Master- Baustein 48 wird in einem identischen Gehäuse wie die Steuerbausteine 37 untergebracht. Er besitzt ebenfalls seitlich je einen positiven bzw. negativen Steuereingang bzw. Steuerausgang 38 sowie zwischen beiden eine interne Busleitung 43. Daher kann die vom Rechner kommende gemeinsame Leitung 41 in diesen Steuereingang 38 eingesteckt werden. Über die interne Busleitunng 43 und die entsprechenden Steckverbindungen werden auf diese Weise der Masterbaustein mit allen Steuerbausteinen 37 und alle Steuerbausteine 37 miteinander verbunden.

Der Master-Baustein 48 ist mit dem Rechner 23 über Signalleitung 41 verbunden. Es ist vorteilhaft, für den Rechner auch einen Programmspeicher vorzusehen. Dadurch wird es möglich, Arbeitsvorgänge wie z. B. das Ansteuern mehrerer Positionen für die Bohrspindel 11 in dem Programmspeicher 46 zu speichern. Dadurch kann die Bohrmaschinen automatisch nach vorgegebnen Programm betrieben werden, wobei bestimmte Bohrbilder eingehalten werden können, aber auch vermieden werden kann, dass Bohrlöcher sich treffen.

Wie ausgeführt, kann der Masterbaustein mit einem Programmspeicher ausgestattet und so ausgerüstet werden, daß er die dem Steuerblock 42 bzw. hydraulischen Verteilerblock zugeordneten Funktionen selbsttätig steuern kann. Es erfolgt damit eine den Funktionselementen des Arbeitsgeräts zugeordnete dezentrale Organisation der Steuerfunktionen, welche den Zweck der Erfindung weiterführt und zur Kompaktheit, Robustheit und Sicherheit der Auslegung beiträgt.

Es wurde bereits erwähnt, dass der Rechner 23 mit einem Funkempfänger 24 ausgestattet ist. Durch diesen Empfänger sind die von Hand eingegebenen Funksignale des tragbaren Funkgerätes 27 zu empfangen und in dem Rechner zu entsprechenden Steuersignalen zu verarbeiten. Es ist aus der Zeichnung ersichtlich, dass die Datenübertragung über die Signalleitung 41 seriell erfolgt, in dem Sinne, dass sämtliche Steuerbausteine 37 bzw. deren Stromsteuergeräte 36 an eine gemeinsame interne Busleitung angeschlossen sind und dieselben Signale erhalten. Jedem Steuerbaustein 37 ist eine individuelle Verschlüsselung zugeordnet, welche bewirkt, dass das Stromsteuergerät 36 dieses Bausteins nur dann von den übertragenen Signalen in der gemeinsamen Busleitung 43 angesprochen wird, wenn gleichzeitig der in dem betroffenen Stromsteuergerät 36 gespeicherte Adresscode gesandt wird. Die Busleitung 41 bzw. interne Busleitung 43 kann aus mehreren Adern bestehen, so dass z. B. die Adresscodes über separate Leitung gesandt werden.

Ebenso sind für bestimmte Signale auch separate Adern möglich, wenn eine serielle Datenübertragung nicht zweckmäßig erscheint. Einzelne Kraftgeber können mit Sensoren 45 ausgestattet sein. Da es sich bei den Kraftgebern 13-16 um Zylinder-Kolbeneinheiten handelt, können insbesondere Wegmessgeber verwandt werden, die den Kolbenweg messen, oder Druckmessgeber für den hydraulischen Druck. Auf diese Weise können die Istwerte, Istpositionen oder Istdrücke der Kraftgeber gemessen und die Messignale über eine Leitung auf den Rechner zurückgeführt und mit den eingegebenen Soll-Signalen verglichen werden. Die Ansteuerung der Stromsteuergeräte 36 erfolgt sodann in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Soll-Signalen und den Ist-Signalen. Auf diese Weise lässt sich auch eine Arbeitskraftbegrenzung oder Arbeitswegbegrenzung erreichen. Dies ist z. B. von Bedeutung, wenn ein Kippen des Arbeitsgeräts vermieden werden soll, was insbesondere für die Verwendung für einen Manipulator wichtig ist. In diesem Falle können die Maximalbelastungen eingegeben und die gemessene Überschreitung der Maximalbelastung zum Abschalten oder zur Begrenzung der an die Stromsteuergeräte 36 gesandten Signale benutzt werden.

Bei Bohrmaschinen ist es möglich, das Drehmoment oder die Drehzahl des Bohrantriebes 12 auf diese Weise zu messen und bei Überschreiten oder - insbesondere - unterschreiten einer eingespeicherten Drehzahl die Vorschubkraft an dem Vorschubantrieb 13 zurückzunehmen, damit ein Stillstand oder Festfressen des Bohrers vermieden wird.

Bezugszeichen

Lafette Raupe Führerstand Fahrsteuerung Werkzeugkopf, Hebel Hebel Hebel Hebel Werkzeug, Bohrmaschine, Manipulator, Greifmaschine Vorschubträger, Vorschubkulisse Bohrspindel Bohrmaschine, Bohrantrieb, Hydraulikmotor Vorschubantrieb, Zylinder - Kolbeneinheit Zylinder - Kolbeneinheit, Hydraulikmotor Zylinder - Kolbeneinheit, Hydraulikmotor, Zylinder - Kolbeneinheit, Hydraulikmotor Drehgelenk, Kardangelenk Scharniergelenke Horizontal schwenkbares Scharniergelenke Vertikal schwenkbares Scharniergelenke Hydrauliksteuerung, Verteilerblock, Ventile, Steuerblock Rechner Funkempfänger, Empfänger Steuergerät Steuereinrichtungen, Bedieneinrichtungen, Tasten, Joystick Funkgerät, Sender Gestein, Wand Verteilerblock, Proportionalventil, Ventil, Hydraulikventil Steuerkasten, Ventilkopf Magnet, Elektromagnet, Proportionalmagnet Leitung, Elektroleitung, Stromleitung Hydraulikleitungen, Schlauch, Verschlauchung Logikbaustein Strom - Steuergerät Steuerbaustein, Baueinheit Steuereingang Stromanschulß Spannungsquelle Gemeinsame Leitung, Busleitung Steuerblock Interne Busleitung Interne Brücke Sensor, Wegmesser, Drucksensor Programmspeicher Werkzeuggestell Masterbaustein

Claims

Fahrbares Arbeitsgerät mit einem Werkzeugkopf; der Werkzeugkopf ist mit dem Gestell des Arbeitsgeräts über eine Kette von Hebeln verbunden ist, wobei die Hebel mit einander

❖ durch Schamiergelenk in einer Ebene

^♦> und/oder durch Drehgelenk oder Kardangelenk in zwei zu einander senkrechten Ebenen relativ zueinander schwenkbar verbunden sind; die Hebel sind untereinander oder gegenüber dem Gestell durch hydraulische Kraftmaschinen, insbesondere Hydraulikmotoren zur Erzeugung der Drehbewegungen oder Zylinder/Kolbeneinheiten zur Erzeugung der Schwenkbewegungen verbunden, so dass das Arbeitsgerät in jeder gewünschten Position und jeder gewünschten Ausrichtung positionierbar ist; die hydraulischen Kraftmaschinen werden durch Proportionalventile angesteuert; der Ventilkolben jedes der Proportionalventile ist durch Elektromagnete betätigbar und durch Stromsteuerung mittels eines dem Proportionalventil zugeordneten Strom - Steuergerät, welches durch einen steuerbaren Logikbaustein und einen Rechner mit Speicher - programmierbarer Steuerung und Eingabeeinrichtung ansteuerbar ist, in Zwischenpositionen und Endpositionen steuerbar oder regelbar, welche mittels der Eingabeeinrichtung in den Rechner eingebbar sind; mit den kennzeichnenden Merkmalen: jedes Strom - Steuergerät (36) ist mit seinem Logikbaustein (35) zu einem als Baueinheit ausgeführten Steuerbaustein (37) vereinigt, welcher außerhalb des Rechnergehäuses in räumlicher Nähe, insbesondere in unmittelbarer Nachbarschaft des zugeordneten Proportionalventils (30) oder an diesem angeordnet ist, welcher über einen elektrisch/ elektronischen Steuereingang (38) mit dem Rechner (23) zur Übertragung der von dem Rechner ausgesandten Signale einschließlich der den einzelnen Proportionalventilen zugeordneten Adresscodes mit diesem verbunden ist und welcher einen Stromanschluß (39) besitzt, welcher mit einer Spannungsquelle (40) verbindbar und mit dem Logikbaustein (35) des Steuerbausteins verbunden ist.

Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinrichtung des Rechners ein Funk-Empfänger (24) mit Funkverbindung zu einem vorzugsweise tragbaren Funkgerät (25) mit Bedieneinrichtungen (26), insbesondere für die Eingabe digitaler und/ oder analoger Signale zur Steuerung der Funktionen bestimmter angesprochener Kraftmaschien ist.

Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Rechner (23) eingehenden Signale von dem Rechner zu Stromsteuersignalen und Adresscodes verarbeitet werden, welche an mehrere Steuerbausteine über eine gemeinsame Leitung (Busleitung 43) seriell weitergegeben werden.

Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die in den Rechner (23) eingehenden Signale von dem Rechner mit Adresscode an an mehrere Steuerbausteine (37) über eine gemeinsame Leitung (Busleitung 41,43) seriell weitergegeben werden und in dem von dem Adresscode angesprochenen Steuerbaustein (37) zu Stromsteuersignalen für den diesem zugeordnete Logik-Baustein (Leistungsendstufe 35) verarbeitet werden.

Arbeitsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerbaustein (37) an dem ihm zugeordneten Proportional ventil (30) angebracht ist.

Arbeitsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Proportionalventile (30) ohne Schlauchverbindung unmittelbar an der von ihm gesteuerten hydraulischen Kraftmaschine (z.B. 14) angebracht ist.

Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbausteine (37) mehrerer Proportionalventile (30) zu einem Steuerblock (42) zusammengefügt sind, daß jeder Steuerblock über einen elektrisch/ elektronischen Steuereingang (38) verfügt, welcher mit dem Rechner (23) verbindbar ist und welcher über eine in dem Steuerblock gelegene Busleitung (43) zur seriellen Übertragung der von dem Rechner ausgesandten Signale einschließlich der den einzelnen Steuerbausteinen (37) des Steuerblocks zugeordneten Adresscodes mit sämtlichen Steuerbausteinen des Steuerblocks bzw.mit deren Logikbausteinen (35) verbunden ist, und daß jeder der Steuerbausteine einen Stromanschluß (39) besitzt, welcher mit einer Spannungsquelle (40) verbindbar und zumindest mit dem Logik - Baustein (35) dieses Steuerbausteins verbunden ist.

Arbeitsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Proportionalventile (30) mit einem hydraulischen Verteilerblock (29) hydraulisch und körperlich verbunden sind, und daß die zu einem Steuerblock (42) zusammengefügten Steuerbausteine den mit einem Verteilerblock verbundenen Proportionalventilen zugeordnet sind, wobei vorzugsweise, der Steuerblock in räumlicher Nähe, insbesondere in unmittelbarer Nachbarschaft des Verteilerblocks angeordnet ist. Arbeitsgerät nach Anspruch 7oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß solche Steuerbausteine, welche über ihren Stromanschluß nicht mit einer externen Spannungsquelle verbunden sind, über eine in dem Steuerblock gelegene interne Brücke (44) mit dem Stromanschluß eines der anderen Steuerbausteine des Steuerblocks verbunden sind.

Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 7-9 dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung der Eigensicherheit so viele Steuerbausteine eines Steuerblocks über ihre Stromanschlüsse mit einer externen Spannungsquelle (40) verbunden sind, dass zur Leistungsversorgung der Magnete (32) der zugeordneten Proportional ventile ein zulässiger Grenzstrom nicht überschritten wird.

Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 -10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Kraftmaschinen (12-16, 19,20) ein Sensor (45), insbesondere Wegmesser oder Druckmesser vorgesehen ist, dessen Meßsignal mit der für die Kraftmaschine eingegebenen Sollpositionen laufend oder in Zeitintervallen verglichen und als Differenzsignal dem zugeordneten Logikbaustein zur Stromsteuerung vorgegeben wird.

Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1-11 gekennzeichnet durch einen Programmspeicher (46) zur Eingabe von Funktionsabläufen, Arbeitsschritten, Arbeitsabläufen, Funktionsgrenzen, Arbeitsbereichsgrenzen und dergl. welcher über den Rechner mit den Steuerbausteinen (37) mehrerer Magnete und/ oder Proportionalventile zur entsprechende Stromsteuerung verbunden ist.

Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1-12 dadurch gekennzeichnet, daß die Position und Ausrichtung der Lafette (1) meßbar und die Differenz zu einer eingespeicherten Sollposition und Sollausrichtung der Lafette den Logikbausteinen der die Position und Ausrichtung des Werkzeugkopfes steuernden Proporionalventile als Korrektur-wert der Stromstärke vorgebbar ist.

Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1-13 dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung wie insbesondere Arbeitskraft oder Arbeitsmoment am Werkzeugkopf (5) und insbesondere am Werkzeug (11) laufend gemessen und eine der Einflußgrößen der Belastung in Abhängigkeit von dem Meßwert so gesteuert wird, daß ein gespeicherter Sollwert eingehalten oder ein gespeicherter Maximalwert nicht überschritten wird.

Arbeitsgerät nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Werkzeugkopf angebrachte Werkzeug (11) eine Vorschubmaschine mit Bohrmaschine ist, und daß das Arbeitsmoment des Bohrantriebs gemessen und auf die Vorschubmaschine zur Steuerung der Vorschubkraft derart zurückgeführt wird, dass ein eingespeichertes Grenz - Drehmoment nicht überschritten wird.

Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das fahrbare Arbeitsgerät mit Werkzeugkopf aus einer auf Raupen (2) fahrbaren motorgetriebenen Lafette mit Führerstand besteht, wobei an der Lafette unterschiedliche, als Baueinheit ausgeführte Werkzeugträger (47) befestigbar sind, an welchem über die jeweilige Kette von Hebeln jeweils ein anderer Werkzeugkopf, vorzugsweise ein Bohrgerät oder ein Manipulator angebracht ist.