DE9317944U1 - Vorrichtung zur gesteuerten Ausschrämung gewölbter Wandflächen, insbesondere von Tunnelwänden - Google Patents

Description

Vorrichtung zur gesteuerten Ausschrämung gewölbter Wandflächen, insbesondere von Tunnelwänden.

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 Steuereinrichtung 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 abzuschrämende Wand angestellten Schrämfräser auf, der durch Rotation eine Schicht von maximal etwa 0,0 8 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

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ist die Vorgabe eines Anstellwinkels des schräg gegen die abzubauende Wand angestellten, scheibenartigen Fräsers nicht ausreichend, um automatisch gesteuert, ein bestimmtes, vorgegebenes 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 anzustellenden scheibenartigen Fräsers, abhängig von der Geometrie des Fräsers und vom jeweiligen Krümmunmgsradius der Tunnelwandung, einzustellen.

In der Praxis hat sich außerdem gezeigt, daß ein einzelner scheibenartiger Fräser nicht ausreicht, um automatisch gesteuert, 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 scheibenartigen 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 besonderen Element abgespalten werden.

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

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

Außerdem muß beim Stand der Technik beim Schrämen im Deckenbereich des Tunnels der Wandbereich vor dem Fräser in Arbeitsrichtung durch eine besondere, mitgeführte Einrichtung abgestützt werden. Bekannte Vorrichtungen dieser Art können auch nicht über ein Steuerprogramm betägigt werden, in dem die gewünschte Querschnittskontur des Tunnels enthalten ist.

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Von diesem Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung aus und setzt sich zur Aufgabe, eine Vorrichtung zur gesteuerten 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 Regelung der Antriebsleistung enthält, die zu entfernenden Wandteile 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- Schrämfräsers, des Quer- Schrämfräsers und der Losbrechscheibe sollen kontinuierlich von einem Steuerprogramm eingestellt werden, welches die geometrischen Daten der angestrebten Querschnittkontur des Tunnels und die Bearbeitungs- Widerstandswerte der Wandung zur Erzeugung von Steuersignalen für die Verstell- und Antriebseinrichtungen der Vorrichtung benutzen soll, wobei hierzu die mathematischen Beziehungen zwischen der Tunnel- Querschnittsgeometrie und der Arbeitsstellung der Fräser, besonders des Seiten- Schrämfräsers benutzt werden sollen und

- die Antriebseinrichtungen und die beweglichen Aufnahmevorrichtungen für die Fräser sollen mittels hydrostatischer Antriebseinrichtungen über hydraulische Steuerpumpen stufenlos angetrieben werden.

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

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig.la eine schematische Ansicht eines im Eingriff befindlichen Seiten- Schrämfräsers,
Fig.lb eine schematische Ansicht eines im Eingriff befindli-

chen Quer- Schrämfräsers,

Fig.lc eine schematische Ansicht eines im Eingriff befindlichen Abspaltkopfes,

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

Fig.3 eine schemtische Seitenansicht gemäß Fig.la und Fig.2 sowie eine um 90° gedrehte Ansicht dieser Seitenansicht,

Fig.4 einen schematischen Teilqerschnitt 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- Schrämfraser und einem Abspaltkopf in Arbeitstellung.

Die Vorrichtung arbeitet nach folgendem Prinzip:

In Fig.4 ist schematisch eine Tunnelquerscnxttshalfte mit einer gewölbten Wand gezeigt, die von Punkt A₁ ¹ bis Punkt A₄' verläuft. Diese Wand soll nun mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung soweit ausgeschrämt werden, bis die gewünschte, konstruierte Wandkontur entsteht, die von Punkt A₁' bis Punkt A₄' 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.

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A₁ bildet hierbei den Scheitelpunkt der Tunnelwölbung. Der erste Kreisbogen weist den Winkel <p_x zwischen den Normalen O₁A₁ und O₁A₂ auf, der zweite Kreisbogen den Winkel ^₂ zwischen den Normalen O₁A₂ und O₂A₃ und der dritte Kreisbogen den Winkel <£>3 zwischen den Normalen O₂A₃ und O₃A₄. Der Mittelpunkt O₂ liegt auf der Verlängerung der Strecke A₂O₁ und der Mittelpunkt O₃ auf der Verlängerung der Strecke A₃O₂, so daS bei beliebig vielen aneinandergereihten Kreisbögen eine Koordinatenmatrix für die Lage der Mittelpunkte O₁, O₂...O₁ in der Vertikalebene gebildet werden kann, wobei im rechtwinkligen xy- Koordinatensystem mit der vertikalen Verbindungslinie A₁O₁ als Ordinatenachse jeder Mittelpunkt 0± mit seinem zugehörigen Radius R₁ und dem zugehörigen Winkel <p±, bzw. den Anschlußpunkten A_if-A_i+1 dargestellt werden kann.

Auf diese Weise kann, ausgehend vom Scheitelpunkt A₁ mit einem Radius R₁ und einem Kreisbogen mit dem Winkel &phgr;_&khgr;, jede gewünschte Kontur aus mehreren Kreisbögen zusammengesetzt werden. Die aus einer solchen Konturenkonstruktion herausgegriffenen geometrischen Daten können zur Steuerung des Schrämvorganges 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 l, eine Quer- Schrämscheibe 2 und einen scheibenförmigen Abspaltkopf 3 aufweist, in der Vertikalebene, senkrecht zur Tunnel- Längsachse, gesteuert an der Kontur

entlang geführt, wobei eine Wandschicht von der

Dicke s und der Breite e gemäß Fig.la losgelöst wird, was dadurch geschieht, daß die Seiten- Schrämscheibe l einen tangentialen Schlitz mit der Dicke b und der Schrämtiefe m gemäß Fig.la und Fig.2 quasi durch Hinterschneiden einfräst, während die Quer- Schrämscheibe 2 einen Schlitz im Abstand e und mit einer Tiefe &zgr; gemäß Fig.la senkrecht zu dem, von der Seiten-Schrämscheibe l gefrästen Schlitz erzeugt. Das jetzt nur noch an einer Ecke an der Wandung festhängende Gesteinsmaterial wird anschließend mit dem scheibenförmigen, feststehenden oder

&bull; 9 m *

rotierend angetriebenen Abspaltkopf 3 gemäß Fig.ic stückweise losgebrochen.

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

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Seiten- Schrämfräser 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 angetrieben werden.

Aus Fig.la, Fig.2, Fig.3, Fig.4 und Fig.6 sind die geometrischen Zusammenhänge zwischen der Geometrie des Seiten- Schrämfräsers l, der Schrämtiefe m, des Anstellwinkels &bgr; , des Spurkorrekturwinkels &agr; und dem jeweiligen Radius R der Tunnelwandung ersichtlich. Die Schrämtiefe m ist begrenzt durch den Außendurchmesser des Seiten- Schrämfräsers 1, dessen geometrischer Gestaltung und der konsruktiven Ausgestaltung des Schwenkrahmens 10. Aus den erwähnten Zeichnungen sind nun trigonometrische Beziehungen zu entnehmen, die durch entsprechende Umformungen auf folgende zwei Gleichungen führen, nämlich auf
Gleichung 1: sin ß_L - Ri/m &mdash; &ngr; R±²/ m² &mdash; 2/X_n, + 1

und

Gleichung 2: tan a =

V 2/ X_1n-I

hierbei bedeuten:

&bgr; : der Anstellwinkel des Seiten- Schrämfräsers 1 gegen die Normale des jeweiligen Radius R der Tunnelwandung,

a : der Spurkorrekturwinkel in Schrämrichtung, R₁ : jeweiliger Tunnelradius

X_1n = m/R₀ : Schrämtiefenfaktor mit m: Schrämtiefe, R₀ = Halbmesser des Seiten- Schrämfräsers l,

R^ = Tunnelradius
Xg = 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 l zu vermeiden.

Bei der Durchführung des Schrämvorgangs werden der Seiten-Schrämfräser l, der Quer- Schrämfraser 2 zur Erzeugung eines Schlitzes mit der Querschrämtiefe &zgr; gemäß Fig.Ib und der Abspal tkopf 3 jeweils mit einem getrennten hydraulischen Drehantrieb angetrieben, wobei die Drehzahlen und die Antriebsleistungen dieser Antriebe von einer nicht gezeichneten zentralen Steuereinrichtung geregelt werden. Diese Steuereinrichtung ist programmierbar und steuert auch die einzelnen hydraulischen Arbeitszylinder, wobei das Steuerprogramm die geometrischen Daten der gewünschten Tunnelkontur und den Widerstandsbeiwert &kgr; 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.Ib automatisch gesteuert, abzuschrämen. So muß erstens der Schwenkarm 5 mittels des ersten Arbeitszylinders 6 um das Hauptgelenk 4 verdreht werden. Zweitens muß der zweite Arbeitszylinder 9 den Spurkorrekturwinkel &agr; einstellen. Drittens muß der Radius R^ der Tunnelwandung mit Hilfe des dritten Arbeitszylinders 11 eingestellt werden, wobei der Schwenkrahmen 10, an dem der Seiten- Schrämfräser l, der Quer- Schrämfräser 2 und der Abspaltkopf 3 angebracht sind, auf einer geraden Linie verschoben wird. Viertens muß der Anstellwinkel 0, abhängig vom Tunnelradius R^ eingestellt werden und fünftens muß

der Quer- Schrämfräser 2, der gemäß Fig.9 schwenkbar am Schwenkrahmen 10 angebracht ist, über einen sechsten Arbeitszylinder 44 in Arbeitsstellung gebracht werden. Es ist wesentlich für die Erfindung, daß der Anstellwinkel &bgr; und der Kurskorrekturwinkel &agr; automatisch von der zentralen Steuereinrichtung mittels eines Steuerprogrammes eingestellt werden, das die geometrischen Daten der gewünschten Tunnelkontur enthält. Diese zentrale Steuereinrichtung verarbeitet auch die Signale, die von den Wegaufnahme- Sensoren erzeugt werden, die die Kolbenstangenwege der einzelnen Arbeitszylinder erfassen. Auf diese Weise ist es auch möglich, die im Steuerprogramm enthaltenen Soll-Tunnelradien auszuschrämen. Das Hauptgelenk 4 mit horizontaler Drehachse ist auf einem Support 12.4 befestigt. Dieser Support ist über ein Schwenkgestell 12.3, ähnlich wie bei Fahrzeugkranen, über hydraulische oder mechanische Stützen 12.2 auf einer Grundplatte 12.1 abgestützt, wobei das Schwenkgestell 12.3, bzw. dessen einzelne Arme mittels Feststellschrauben 12.5 fixiert werden. Die Grundplatte 12.1 ist auf der Plattform eines Eisenbahnwagens bei Bahntunnels oder auf LKW- Ladeflächen bei Straßentunnels befestigt, wobei diese außerdem auf der Tunnelsohle auf bekannte Weise abgestützt werden können. Die Längsachse des Hauptgelenkes 4 ist parallel zur Tunnelachse 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 ist ein Stützarm 5.2 befestigt. Dieser Stützarm kann bei sehr großen Tunnelradien mittels eines Verlängerungsstückes 7 verlängert werden, wenn dies durch große Tunnelradien erforderlich ist. Am Stützarm 5.2 sind oben mehrere Gelenkstäbe angebracht, 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 Schwenkachse 8 drehbar gelagert, auf deren einem Ende ein Zahnrad 8.l 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 weiteren 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 ung kippbar ein erstes Fräser- Antriebsgehäuse 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 Stut&zgr;flansche 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- Schrämfräser l mittels des dritten Arbeitszylinders 11 längs verstellbar ist, entsprechend dem Tunnelradius R₁.

Entsprechend den jeweiligen Abmessungen der Tunnel- Querschnittskontur 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 l und mittels Stützflanschen 31 der Quer-Schrämfraser 2 und der Abspaltkopf 3 jeweils mit ihren Antrieben befestigt. Diese Antriebe sind vorzugsweise als bekannte hydraulische Drehantriebe ausgebildet, auf deren Abtriebswellen 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.la und Fig.Ib durch Erzeugung einer Schrämtiefe m mittels des Seiten-Schrämfräsers 1 und einer Querschrämtiefe &zgr; mittels des Quer-Schrämfräsers 2 herausgefräst wird, die anschließend vom Abspal tkopf 3 losgebrochen wird.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, den Schwenkrahmen 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 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 &bgr; des Seiten- Schrämfräsers 1 erfolgt durch kombinierte Bewegung des erwähnten Lemniskaten- Lenkersystems und des erwähnten Geradführungs-Systems. Die Einstellung des Spur- Korrekturwinkels &agr; 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 Gersdführungs- Systems sind aus Stabilitätsründen 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 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 Gelenkstäbe 54 an den achten Gelenkpunkten 20 angebracht sind, die ebenfalls am Achsengehäuse 37 befestigt sind, wobei die Führung des Schiebergelenkes 16 am Stützarm 5.2 befestigt ist.

Das Lemniskatenlenker- System besteht aus mehreren Gelenkstäben, die in Ebenen, parallel zu denen des Geradlenker- Systems beweglich angeordnet sind: Die siebten Gelenkstäbe 56 sind in den zehnten Gelenkpunkten 23 mit den achten Gelenkstäben 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 Gelenkpunkten 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 Gelenkstäbe 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 Gelenkpunkten 30, die am ersten Fräser- Antriebsgehäuse l.i befestigt sind und unten an den vierzehnten Gelenkpunkten 27 angeschlossen. 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 anbebracht.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist gemäß Fig.8 das erste Fräser- Antriebsgehäuse l.l des Seiten- Schrämfräsers l 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 Stützarm 5.2 befestigt ist. Die Längsverschiebung erfolgt über Antriebsstäbe 33, die von den dritten Arbeitszylindern 11 bewegt werden. In diesem Falle erfolgt die Einstellung des Anstellwinkels jSmit Hilfe des fünften Arbeits Zylinders 36, der zwischen dem ersten Fräser- Antriebsgehäuse l.l und dem Schwenkrahmen 10 gelenkig an diesen Elementen angeschlossen ist.

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

Der Ausschrämvorgang erfolgt in der Weise, daß z.B. gemäß Fig.4 der Seiten- Schrämfraser 1 unten am Punkt A₄ ¹, bzw. A₄ angesetz wird. An diesem Konturenpunkt wird der Tunnelradius R₃ eingestellt und dementsprechend der Anstellwinkel &bgr;₃ sowie der Spurkorrekturwinkel a₃ gemäß den erwähnten Gleichungen l und 2.

Der Schwenkarm 5 wird wird durch den ersten Arbeitszylinder nach oben bewegt, wobei der rotierende Seitenschräm- Fräser l und der ebenfalls rotierende Querschräm- Fräser 2 eine Gesteinswulst mit der veränderlichen Dicke s abfräsen, die fortlaufend von dem Abspaltkopf 3 losgebrochen wird. Bei Erreichen des Konturenpunktes A₃ wird der Radius auf den Wert R₂ geändert, worauf die zentrale Steuereinrichtung den hierzu gehörenden Anstellwinkel &bgr; und den Spurkorrekturwinkel &agr; entsprechend 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 werden 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 Maschinensupport 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 Wegaufnahme- 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 zenrale 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: a; ß; m; R₀: Ri und Sp sind aus Fig.3 ersichtlich.

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

Bezugszeichenliste

1 Seiten- Schrämfräser

l.l 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

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 Gelenkpnkte

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 WuI st dicke

e Wulstbreite

&zgr; Querschrämtiefe

Claims (3)

1. &bull; *

   Ansprüche

   I.Vorrichtung zur gesteuerten Ausschrämung gewölbter Wandflächen, insbesondere von Tunnelwänden dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Merkmale aufweist:

   - einen Maschinensupport (12), an dem ein Hauptgelenk (4) angebracht ist, dessen Längsachse parallel zur Längsachse des auszuschrämenden Tunnels ausgerichtet ist,

   - einen Schwenkarm (5), der gelenkig am Hauptgelenk (4) angeschlossen ist und der mittels eines ersten Arbeitszylinders (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) drehbar ist,

   - eine Schwenkachse (8), deren Längsachse parallel zur Achse des Hauptgelenkes (4) ausgerichtet ist und die in einem Achsengehäuse (37) drehbar gelagert ist, das beweglich an einem Stützarm (5.2) angeschlossen ist, der oben am Schwenkarm (5) befestigt ist, wobei die Schwenkachse (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 Fräser- Antriebsgehäuse (1.1) gelenkig angeschlossen ist, an dem ein Seiten- Schrämfräser (l) angebracht ist, dessen Drehachse zum jeweiligen Radius R₁ der Tunnelwölbung im Anstellwinkel ß_t mittels eines oder zweier dritter Arbeitszylinder (11) und quer dazu im Spurkorrekturwinkel a_± mittels eines zweiten Arbeitszylinders

   (9) einstellbar ist, wobei diese Winkeleinstellung über eine zentrale Steuereinrichtung erfolgt gemäß den Beziehungen

   ß_± = Ri/m - V R₁ ²/ m² &mdash; 2/X_1n + 1 und

   V 2/X_n, - 1

   2 W -

   - ein, auf der Schwenkachse (8) befestigtes Zahnrad (8.1), in das eine, auf der Kolbenstange des zweiten Arbeitszylinders (9} angebrachte Zahnstange eingreift,

   - einen angetriebenen Quer- Schrämfräser (2) und einen Abspaltkopf (3), die beide mittels Stützflanschen (31) am Schwenkrahmen (10) angebracht sind und

   - mehrere Spüldüsen (32) im Bereich des Seiten- Schrämfräsers (1) .
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkrahmen (10) mittels eines aus mehreren Gelenkstäben bestehenden Lemniskatenlenker- Systems beweglich am Achsengehäuse (37) angebracht ist, während das Achsengehäuse (3 7) mittels eines, aus mehreren Gelenkstäben bestehendes Geradführungs- System am Stützarm (5.2) gelenkig angeschlossen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch l dadurch gekennzeichnet, daß nach einer weiteren Ausführungsform das erste Fräser-Antriebsgehäuse (l.l) an einem, am Achengehäuse (37) angebrachten Kippgelenk (35) gelenkig gelagert ist, das auf einer Linearführung (34) mittels Antriebsstäben (33) über einen dritten Arbeitzylinder (11) verschiebbar ist.