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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erfassen und Kompensieren von Schwin- gungen von Teilschnittschrämmaschinen mit einem um wenigstens eine Achse schwenkbaren
Auslegerarm, an welchem Schrämwerkzeuge rotierbar gelagert sind, wobei der Auslegerarm mit einem hydraulischen Stellantrieb verbunden ist, welcher mit Fluid beaufschlagbar ist, wobei Fluid in
Abhängigkeit von Messwerten von Sensoren dem Stellantrieb zugeführt wird.
In der WO 98/25007 wurde bereits eine Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen von Teil- schnittschrämmaschinen vorgeschlagen, bei welcher Sensoren vorgesehen waren, welche Er- schütterungen, Beschleunigung, Belastung und/oder Position des Schrämarmes erfassen. Die
Messwerte haben in der Folge über eine Steuereinrichtung eine entsprechende Kompensation des von hydraulischen Zylinderkolbenaggregaten gebildeten Stellantriebes ausgelöst, wobei eine
Steuereinrichtung vorgesehen war, mit welcher über eine hydraulische Schaltung derjenige Stell- antrieb zur Kompensation der registrierten Ausweichbewegung des Auslegerarmes beaufschlagt werden konnte, dessen Stellung während des Vorschubes der Schrämwerkzeuge im wesentlichen konstant gehalten ist.
Insgesamt wurde mit einer derartigen Kompensation eine Versteifung erzielt, wobei kurzfristigen Ausweichbewegungen durch einen entsprechenden Fluiddruck begegnet wer- den konnte.
Zur Versteifung der Gesamtkonstruktion kann prinzipiell entweder eine entsprechende Dimen- sionierung zur Verringerung der elastischen Verformbarkeit des Auslegerarmes oder aber eine ent- sprechende Vergrösserung der Kolbenaggregate angewandt werden, wodurch sich die Elastizität im hydraulischen Stellantrieb verkleinern lässt. Derartige Dimensionsanderungen zur Erhöhung der
Steifigkeit erlauben es aber nicht ohne weiteres Schneidköpfe bei unterschiedlichem Gestein und insbesondere bei härterem Gestein optimal einsetzen zu können.
Bei Teilschnittschrämmaschinen mit einem allseitig schwenkbaren Auslegerarm wird die Schneidleistung in erster Linie während des horizontalen Schnittes des Schrämkopfes erzielt, wobei je nach Härte des Materiales stark unterschiedliche passive Schneidkräfte auf den Schrämkopf einwirken, sodass unterschiedliche
Schwingungsamplituden entstehen, welche in weiterem zu erhöhtem Verschleiss führen. Mit den bisherigen Massnahmen lassen sich derartige Teilschnittschrämmaschinen, bei welchen die Orts- brust im wesentlichen in horizontalen Schnitten abgebaut wird, nicht ohne weiteres bei härterem Gestein einsetzen.
Aufgrund der fehlenden Differenzierung zwischen den unterschiedlichen Kom- ponenten, welche in der Folge eine Überlastung bewirken könnten, wird in der Regel lediglich eine Überlastung ausgeschlossen, wodurch allerdings das Arbeiten in entsprechend härterem Gestein nicht mehr möglich ist, da die Reaktionskräfte und die entstehenden Schwingungen vorzeitig als Überlastung identifiziert werden.
Die Erfassung von Erschütterungen, Beschleunigungen und Belastungen des Schrämarmes führt bei den konventionellen Einrichtungen zum Dämpfen von Schwingungen von Teilschnitt- schrämmaschinen somit nicht dazu den Einsatzbereich derartiger Teilschnittschrämmaschinen auf Gestein höherer Härte und Festigkeit zu erweitern.
Aus der AT-B 377 056 ist es weiters bereits bekannt geworden, Erschütterungssensoren als Messgrösse für die Werkzeugbelastung anzuordnen, um den beim Abbau von hartem Material je nach Vortriebsgeschwindigkeit und Rotationsgeschwindigkeit der Schrämköpfe auftretenden hohen stossartigen Belastungen Rechnung zu tragen. Bei dieser bekannten Einrichtung wurden die von den Erschütterungssensoren ermittelten Messwerte für die Werkzeugbelastung in der Folge zur Verringerung der Schwenkgeschwindigkeit und/oder der Rotationsgeschwindigkeit der Werkzeuge zur Verringerung der Werkzeugbelastung eingesetzt und ausgewertet.
Derartige Erschütterungs- sensoren geben naturgemäss keine gezielte Auskunft über die spezielle Art der Auslösung der Erschütterung, sodass auch hier eine vorzeitige Rücknahme von Schwenkgeschwindigkeit und/oder Rotationsgeschwindigkeit und damit eine Verminderung der Schneidleistung in Kauf genommen wird.
Aus der DE-B 34 27 962 ist schliesslich bereits eine Einrichtung bekanntgeworden, mit welcher die Auslegerarmstellvorrichtung für Gewinnungs- und Vortriebsmaschinen hydraulisch verspannt werden konnte. Auch dieser Ausbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass Teilschnittschrämma- schinen, insbesondere Walzenschrämmaschinen, beim Anfahren in harte Mineralschichten beson- ders starken Erschütterungen unterworfen sind. Diese Erschütterungen und Vibrationen werden über die in das Material eingreifenden Schrämwerkzeuge auf den Auslegerarm übertragen, wobei derartige Erschütterungen aufgrund der Elastizität der Druckzylinder des Stellantriebes für den
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Auslegerarm zu Schwingungen des Schrämarmes Anlass geben können.
Wenn bei derartigen
Schwingungen Resonanzen im System auftreten, können derartige Vibrationen zerstörende Wir- kung haben. Durch Erhöhung des Druckes in den Stellzylindern soll nun eine hydraulische Ver- spannung bewirkt werden, wodurch aber dem Problem der Elastizität der Druckzylinder nicht in vollständiger Weise Rechnung getragen werden kann.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher es möglich wäre, Teilschnittschrämmaschinen und insbesondere Teilschnittschrämmaschi- nen, bei welchen der Abbau durch horizontales Schrämen an der Ortsbrust vorgenommen wird, sicher gegen Überlastung zu schützen und gleichzeitig für den Einsatz in härterem Gestein, als dies bisher üblich war, verwendbar zu machen.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungs- gemässe Ausbildung im wesentlichen darin, dass wenigstens zwei Sensoren angeordnet sind, von welchen wenigstens einer die erschütterungs- bzw. belastungsbedingten Abweichungen der
Schwenklage des Auslegerarmes und wenigstens einer die Biegebeanspruchung des Ausleger- armes erfasst, dass die Messwerte dieser Sensoren gemeinsam einer Steuerschaltung zugeführt sind und dass die von diesen Messwerten abgeleiteten Steuersignale mit dem Stellantrieb verknüpft sind.
Prinzipiell kann bei derartigen Ausbildungen der Auslegerarm um eine oder zwei Achsen schwenk- bar sein, wobei die Anordnung von wenigstens zwei Sensoren erfindungsgemäss so erfolgen soll, dass wenigstens einer der Sensoren die erschütterungs- bzw. belastungsbedingten Abweichungen der Schwenklage des Auslegerarmes und wenigstens einer die Biegebeanspruchung des Ausle- gerarmes erfassen soll. Die Reaktionskräfte beim Schneidvorgang gelangen nämlich zum einen bedingt durch die Elastizität der hydraulischen Systeme als Vibration im Bereich des Schwenkan- triebes und damit als Schwingungsamplitude um die Schwenkachse zur Wirkung und zum anderen bedingt durch die elastische Verformbarkeit des Schrämauslegers selbst als Biegebeanspruchung des Auslegerarmes zur Wirkung.
Dadurch, dass nun wenigstens ein weiterer Sensor die Biegebe- anspruchung des Auslegerarmes erfasst, gelingt es nun die Gesamtbelastung des Systems beste- hend aus hydraulischen Stellantrieben und durch die elastische Verformbarkeit des Schrämaus- legers bedingte Fehlstellung gesondert zu berücksichtigen, wobei ein Lageregelkreis geschaffen wird, sodass durch entsprechende Auswertung der gesonderten Messsignale Querschneidköpfe nunmehr auch bei härterem Gestein optimal eingesetzt werden können und gleichzeitig ein wirt- schaftliches Schneiden gewährleistet ist. Für ein wirtschaftliches Schneiden ist es hiebei in erster Linie erforderlich nach der vertikalen Anstellung des Schrämkopfes eine vorgegebene Schnittkon- tur über den gesamten Querschlag beibehalten zu können.
Auch hier gilt wiederum, dass bei härte- rem Material grössere Schwingungsamplituden auftreten können und damit die passiven Schneid- kräfte erhöht, welche indirekt für den Verschleiss von Schrämwerkzeugen massgebend sind.
Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemässen Einrichtung ist die Ausbil- dung so getroffen, dass wenigstens einer der Sensoren als elektrooptischer Winkelaufnehmer, als Winkelkodierer, als Winkelbeschleunigungssensor oder als Accelerometer ausgebildet und im Be- reich der Schwenkachse angeordnet ist. Mit derartigen Sensoren können Schwingungen bzw.
Änderungen der Vorschubgeschwindigkeit im Bereich der Schwenkachse des Auslegerarmes und damit durch die Elastizität der hydraulischen Stellantriebe bedingte Schwingungen sicher erfasst werden. Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung können die Biegebeanspruchungen, welche auf die elastische Verformbarkeit des Schrämauslegers zurückgeführt werden können, in einfacher Weise dadurch erfasst werden, dass wenigstens einer der Sensoren als Dehnungsmessstreifen- brücke ausgebildet und am Auslegerarm angeordnet ist.
Bei einer im wesentlichen horizontalen Verschwenkung des Abbauwerkzeuges zum Zwecke des Abbaues bzw. der Gewinnung wird die Anordnung eines weiteren Drehsensors im Bereich dieser im wesentlichen vertikalen Schwenkachse vorgesehen. Bei Walzenschrämmaschinen, bei welchen üblicherweise nur in vertikaler Richtung um eine im wesentlichen horizontalen Achse ver- schwenkt wird, kann das Ausmass der Schwingungen im Bereich dieser Schwenkachse gesondert erfasst werden. Mit Vorteil ist die Ausbildung jedoch so getroffen, dass bei mehrachsig schwenk- baren Auslegerarmen die im Bereich der Schwenkachsen angeordneten Sensoren für jede Schwenkachse gesondert ausgebildet sind.
Mit dem Drehsensor im Bereich der vertikalen Schwenkachse können somit zusätzliche Änderungen der Vorschubgeschwindigkeit für die hori- zontale Verschwenkung des Schrämkopfes erfasst werden und entsprechende Kompensationssteu- erimpulse aktiviert werden. Dadurch, dass nun die Vorschubgeschwindigkeit im wesentlichen auch
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bei härterem Gestein konstant gehalten werden kann, wird die vorgegebene Schneidkinematik für das Gestein nicht verändert und trägt zu einer erheblichen Schneidleistungssteigerung bei.
Um absolute Lageveränderungen des Schrämkopfes zu erfassen, ist in einer bevorzugten
Weiterbildung der erfindungsgemässen Einrichtung ein Beschleunigungssensor bzw. Wegaufneh- mer am Rahmen der Teilschnittschrämmaschine angeordnet Je nach Beschaffenheit des Bodens wird die Teilschnittschrämmaschine zu Schwingungen angeregt. Bei Überschreiten eines vorgege- benen Schwellwertes der vertikalen Rahmenbewegung werden die Steuersignale in der Auswerte- schaltung für die Kompensationssteuerung der Schwenkantriebe für die vertikale Verschwenkung eingekoppelt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aus- führungsbeispieles näher erläutert.
In der Zeichnung ist eine Teilschnittschrämmaschine schematisch dargestellt, welche mit 1 be- zeichnet ist. Die Teilschnittschrämmaschine 1 ist auf einem Raupenfahrwerk 2 verfahrbar. Ein Aus- legerarm 3 ist an einem Schwenkwerk 4 um eine im wesentlichen horizontale Achse 5 in Höhen- richtung verschwenkbar gelagert. Der Schwenkantrieb für diese Verlagerung um die Schwenk- achse 5 ist mit 6 bezeichnet und von einem hydraulischen Zylinderkolbenaggregat gebildet, wel- ches gelenkig am Schrämarm 3 angeschlagen ist. Der Schrämarm 3 trägt rotierbar gelagerte
Schrämköpfe 7, welche im Sinne des Doppelpfeiles 8 in Höhenrichtung verschwenkbar sind. Für die Vorschubbewegung wird das Schwenkwerk 4 um eine im wesentlichen vertikale Schwenk- achse 9 verschwenkt, wobei der entsprechende Schwenkantrieb zwischen dem Maschinenrahmen
10und dem Schwenkwerk 4 angeordnet ist.
Der Schwenkantrieb selbst kann im Schwenkwerk 4 untergebracht und beispielsweise von Zahnstangen gebildet sein, welche mit einem Drehkranz kämmen und hydraulisch beaufschlagt sind.
Am Maschinenrahmen 10 ist eine Ladeeinrichtung 11 angelenkt. Am Hinterende der Maschine ist eine hintere Abstützung 12 schematisch dargestellt. Am Schrämarm 3 ist nun ein Sensor 13 vor- gesehen, welcher als Dehnungsmessstreifenanordnung ausgebildet ist und die durch die Elastizität des Auslegerarmes selbst entstehende Verformung bzw. Schwingung erfasst. Die Messgrössen kön- nen dabei auf Verformungen in Richtung des Doppelpfeiles 8 oder aber quer zum Doppelpfeil 8 bei im wesentlichen horizontaler Verschwenkung des Schrämarmes 3 um die im wesentlichen vertikale Schwenkachse 9 erfassen. Die Signale der Sensoren 13 gelangen über eine Signalleitung 14 zu einer Auswerteschaltung 15. Die Auswerteschaltung stellt gleichzeitig die Steuerschaltung für die Beaufschlagung der jeweiligen Schwenkantriebe bzw. der Rotationsantriebe dar.
Zusätzlich zu den Signalen der Sensoren 13 die am vorderen Ende des Auslegers angeordnet sind, sind nun im Bereich der Schwenkachse 5 Sensoren 16 angeordnet, deren Signale über Sig- nalleitungen 17 der Auswerte- und Steuerschaltung 15 zugeführt sind. Die Anordnung der Senso- ren 16 kann unmittelbar an der Schwenkachse 5 erfolgen, wobei hier Winkelbeschleunigungen bzw. Abweichungen von der Schwenklage um die Achse 5 erfasst werden.
Die gleichzeitige Auswertung der Signale der Sensoren 13 und 16 erlaubt es nun die Schwin- gungsamplituden des Schrämwerkzeuges, welche an der Ortsbrust ausgelöst werden, in zwei un- terschiedliche Komponenten zu zerlegen. Die über die Sensoren 16 erfasste Schwingungsampli- tude berücksichtigt hiebei die Elastizität des Schwenkantriebes um die Achse 5, wohingegen die Sensoren 13 die tatsächliche Verformung bzw. Biegebeanspruchung des Auslegerarmes geson- dert berücksichtigen. Aus den beiden Signalen lässt sich somit eine wesentlich präzisere Auswer- tung für die Beaufschlagung von Schwenk- und Rotationsantrieben gewinnen, sodass insgesamt auch bei härterem Gestein noch wirtschaftlich gearbeitet werden kann und eine entsprechende Kompensation vorgenommen werden kann.
Zusätzlich zum Sensor 16 im Bereich der Schwenkachse 5 kann ein analoger Drehsensor 22 im Bereich der Schwenkachse 9 angeordnet werden, dessen Signalleitungen 20 der Auswerte- und Steuerschaltung 15 zugeführt werden, wobei eine derartige Anordnung vorteilhaft ist, da auch hier den Abweichungen des Schwenkwinkels aufgrund der Elastizität der Antriebshydraulik unabhängig von Verformungen des Schrämarmes 3 selbst gesondert Rechnung getragen und weiters darauf eingewirkt werden kann, dass die Vorschubgeschwindigkeit konstant gehalten werden kann. Die Vibrationen des Rahmens der Teilschnittschrämmaschinen werden durch den Beschleunigungs- sensor 23 erfasst. Ab Erreichen eines bestimmten Schwellwertes wird über die Signalleitung 24 dies in der Auswerteschaltung miteinbezogen.
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Mit 18 und 19 sind die Steuerleitungen zum Schwenkantrieb 6 bzw. zum Rotationsantrieb 21 schematisch angedeutet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Erfassen und Kompensieren von Schwingungen von Teilschnittschräm- maschinen mit einem um wenigstens eine Achse schwenkbaren Auslegerarm, an welchem
Schrämwerkzeuge rotierbar gelagert sind, wobei der Auslegerarm mit einem hydraulischen
Stellantrieb verbunden ist, welcher mit Fluid beaufschlagbar ist, wobei Fluid in Abhängig- keit von Messwerten von Sensoren dem Stellantrieb zugeführt wird, dadurch gekennzeich- net, dass wenigstens zwei Sensoren (15,16) angeordnet sind, von welchen wenigstens einer die erschütterungs- bzw.
belastungsbedingten Abweichungen der Schwenklage des
Auslegerarmes (3) und wenigstens einer die Biegebeanspruchung des Auslegerarmes (3) erfasst, dass die Messwerte dieser Sensoren (13,16) gemeinsam einer Steuerschaltung (15) zugeführt sind und dass die von diesen Messwerten abgeleiteten Steuersignale mit dem
Stellantrieb (6,21) verknüpft sind.