Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bearbeiten und Vergrößern des lichten Querschnitts bzw. der Innenkontur eines Erdbauwerks, z.B. eines Kanals gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Bearbeitungseinrichtung zur Vergrößerung des lichten Kanalquerschnittes ist beispielsweise in der AT 396 270 beschrieben. Bei dieser bekannten Einrichtung wird das Abbauwerkzeug entlang einer Kulisse bewegbar gehalten, wobei die Kulisse dabei dem zu bearbeitenden Profil entsprechend herzustellen ist, um die Bearbeitungsmaschine jeweils zu adaptieren. Die bekannte Vorrichtung weist einen Träger auf, welcher im lichten Querschnitt verspannt wird. Prinzipiell wurde auch bereits vorgeschlagen, das Bearbeitungswerkzeug am Gestell durch einen frei geführten Roboterarm zu halten, dessen Bewegungen profilkonform steuerbar sind.
Die WO 90/12979 zeigt eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Rohrsystemen in der Form eines Molchs, der auf mehreren Stützrädern gelagert ist. Der Molch trägt auf einem Auslegerarm ein Werkzeug. Der Auslegerarm ist in Radialrichtung schwenkbar auf einem Drehgestell angeordnet, das um eine Längsachse schwenkbar ist. Auf diese Weise kann das Werkzeug in eine beliebige Position an der Rohrwand gebracht werden. Ein solches Gerät ist für Inspektions- oder kleinere Wartungsarbeiten, insbesondere in Kanalsystemen mit kleinem Querschnitt, durchaus geeignet. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass grobe Arbeiten mit einem Gerät dieses Aufbaus nicht ohne weiteres ausführbar sind. Insbesondere die Querschnittserweiterung durch Ausfräsen ist problematisch, da auf diese Weise keine günstigen Anstellwinkel für das Fräswerkzeug erreichbar sind. Weiters können die relativ großen auftretenden Kräfte nicht optimal von dem Bewegungsmechanismus aufgenommen werden.
Die DE 20 27 192 zeigt eine Vortriebsmaschine, die dazu ausgelegt ist, einen Tunnelquerschnitt aus dem Vollen auszubrechen. Bei einer solchen Vortriebsmaschine ergibt sich die Problematik des Anstellwinkels nicht bzw. in völlig anderer Form. Es wird in diese Druckschrift eine Lagerung des Fräskopfes beschrieben, die eine Schwenkbewegung um eine im Wesentlichen vertikale Achse und eine diese Achse schneidende horizontale Achse vorsieht. Es hat sich herausgestellt, dass eine solche Kinematik nicht optimal für die Erweiterung von Tunnelquerschnitten ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die optimal für die Aufgabe der Querschnittserweiterung angepasst ist, und bei welcher ein bekanntes verfahrbares Grundgerät in besonders einfacher Weise an beliebige Konturen anpassbar ist und eine automatische Steuerung des Vorschubes, beispielsweise längs einer Streckenleiteinrichtung, ermöglicht wird.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patenanspruchs 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Lösung hat es sich als wichtig herausgestellt, dass die Kinematik des Auslegerarms so aufgebaut ist, dass bei üblichen Tunnelprofilen günstige Anstellwinkel erreicht werden.
Aufgrund der Kinematik des Auslegerarmes werden die notwendigen Voraussetzungen geschaffen, die Einrichtung selbstverfahrend an einem Richtstrahl oder einem Leitstrahl auszurichten und jeweils das gewünschte Sollprofil herauszuarbeiten. Mit Vorteil ist zu diesem Zweck die im wesentlichen horizontale Schwenkachse an einem Schlitten oder einer Schwinge in Höhenrichtung justierbar angeordnet, wobei es für die exakte Steuerung ausreicht, jeweils diese im wesentlichen horizontale Schwenkachse auf den Streckenleitstrahl auszurichten, um jeweils im geschrämten bzw. zu vergrößernden lichten Querschnitt die korrekten geometrischen Bedingungen in bezug auf das Sollprofil einhalten zu können.
Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist auch, dass es aufgrund der Konstruktion in günstiger Weise möglich ist, die auftretenden Kräfte über die Struktur abzuleiten. Weiters ist wichtig, dass die Lagerung des Auslegerarms für das Fräswerkzeug mehr Freiheitsgrade aufweist, als dies an sich notwendig wäre. Auch ohne Höhenverstellbarkeit des Anlenkpunktes könnte das Fräswerkzeug innerhalb bestimmter Grenzen jeden Punkt an der Kanalwand erreichen. Jedoch wird es erst durch die erfindungsgemäße Ausbildung möglich, eine exakte Steuerung zu gewährleisten und günstige Anstellwinkel des Werkzeugs sicherzustellen.
In besonders vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Ausbildung so getroffen, dass die Schwenkachse für die horizontale Verschwenkung des Auslegerarmes im wesentlichen normal auf die horizontale Schwenkachse verläuft, wodurch insbesondere von der Kreisform abweichende Innenkonturen bzw. lichte Querschnitte mit dem Auslegerarm und den Fräswerkzeugen sicher bestrichen werden können. Die erforderlichen Steuersignale stellen sich bei einer derartigen Auslegung als X und Y-Koordinaten des jeweiligen Sollprofiles im bearbeitenden Querschnitt dar, wobei die Ausrichtung der im wesentlichen horizontalen Schwenkachse ausreicht, um ein automatisches Verfahren längs eines Leitstrahles analog zum Verfahren längs einer Streckenleiteinrichtung zu ermöglichen.
In besonders einfacher Weise ist die Ausbildung so getroffen, dass die Stellantriebe für die vertikale und die horizontale Verschwenkung des Auslegerarmes von Hydraulikzylindern gebildet sind, deren Position von einer Steuerschaltung überwacht ist und in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollprofil verstellt wird. Prinzipiell kann die kardanische Lagerung sowie die Einrichtung zur Justierung der Höhenlage der horizontalen Schwenkachse nachträglich an beliebige bekannte verfahrbare Einrichtungen angebaut werden, wobei aufgrund der geometrischen Auslegung ein automatisches Verfahren in einfacher Weise möglich wird.
Eine sichere Justierung und Positionierung der Einrichtung im lichten Querschnitt kann in einfacher Weise dadurch sichergestellt werden, dass der Träger wenigstens drei Stützrollen an Armen trägt, welche die in der Querschnittsebene Y-förmig angeordnet und in Richtung zur Innenfläche des Profils verstellbar sind. Die Verwendung einer im wesentlichen Y-förmigen Anordnung der Abstützrollen erlaubt hierbei insbesondere bei Querschnitten, welche von der Kreisform abweichen, ein weitgehendes Selbstzentrieren der Einrichtung, so dass der erforderliche Aufwand für Nachkorrekturen am Streckenleitstrahl gering gehalten werden kann. Über eine Prozesssteuerung lassen sich jeweils unterschiedliche Profile mit den Hydraulikkolben exakt ansteuern, wobei die Einrichtung ohne aufwendige Umrüstarbeiten universell zum Einsatz gelangen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Ausbildung so getroffen, dass das Fräswerkzeug am in Vortriebs- bzw. Verschieberichtung hinteren Ende des Trägers am Auslegerarm angeordnet ist. Mit einer derartigen Anordnung kann eine Abförderung des geschrämten Materials entfallen, da dieses einfach ausgespült werden kann und beim weiteren Vortrieb nicht im Wege ist.
In besonders einfacher Weise können die Fräswerkzeuge von Fräswalzen oder Fräsköpfen gebildet sein, deren Rotationsachse mit der Achse des Auslegerarmes fluchtet. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann durch entsprechende Kopfform und Kopfgeometrie jeweils ein weitestgehend flächiger Kontakt der Schrämwerkzeuge mit der Innenkontur bzw. der Innenwand des zu vergrößernden lichten Querschnittes aufrechterhalten werden, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht werden kann. Es ist alternativ dazu auch möglich, dass die Rotationsachse des Fräswerkzeuges quer zur Achse des Auslegerarmes liegt.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Einrichtung bevorzugt so ausgebildet, dass die Schwenkachsen des Auslegerarmes an einem Richtstrahl, insbesondere einem Laserstrahl, ausrichtbar sind. Für ein vollautomatisches Verfahren der Einrichtung im Inneren des lichten Querschnittes in Abhängigkeit von den Vorgaben eines Richtstrahles ist die Ausbildung so getroffen, dass wenigstens eine der Rollen mit einem Fahrantrieb verbunden ist.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten und Vergrößern des lichten Querschnitts bzw. der Innenkontur eines Erdbauwerkes, z. B. eines Kanals, vorzugsweise unter Verwendung einer Einrichtung durch die oben beschriebene Art. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass ein Fräswerkzeug verwendet wird, das an einem Auslegerarm befestigt ist, der kardanisch an einem Punkt gelagert ist, der auf der Höhe eines horizontalen Durchmessers eines äußeren Hüllkreises um die Sollprofilform angeordnet ist. Mit einem solchen Verfahren kann ein besonders exakter Ausbaufortschritt erreicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
In Fig. 1 ist ein Rahmen 1 ersichtlich, an welchem Laufräder 2 und 3 rotierbar gelagert sind. Das Laufrad 3 ist mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden, wobei die Laufräder an der Sohle eines Kanalprofils 4 verfahrbar sind.
Am Maschinengrundrahmen 1 ist ein Auslegearm 7 an einer Schwinge 5 um eine im wesentlichen horizontale Achse 6 in Höhenrichtung schwenkbar angelenkt. Der Auslegerarm 7 ist hierbei kardanisch angelenkt, wobei die im wesentlichen vertikale Schwenkachse mit 8 bezeichnet ist. Der Auslegerarm 7 trägt an seinem stirnseitigen Ende koaxial zur Achse des Auslegerarmes rotierbar gelagerte Fräs- bzw. Schrämwerkzeuge 9, wobei der entsprechende Antriebsmotor mit 10 bezeichnet ist. Die im wesentlichen vertikale Schwenkachse 8 wird hierbei von einer Gabel 11 des Auslegerarmes 7 umgriffen, so dass eine sichere Aufnahme der Reaktionskräfte ermöglicht wird.
Der Schwenkantrieb für die Verschwenkung des Auslegerarmes 7 um die im wesentlichen horizontale Achse 6 ist von einem Hydraulikzylinder 12 gebildet, welcher an einem Arm 13 des Kardangelenkes angreift. Die Verschwenkung in im wesentlichen horizontaler Richtung wird durch den Hydraulikzylinder 14 bewirkt, wobei diese beiden Hydraulikzylinder 14, 12 über Steuerleitungen 15 und 16 mit einer zentralen Steuereinrichtung 17 verbunden sind, welche auch die Signale einer nicht dargestellten Streckenleiteinrichtung verarbeitet.
Für die korrekte Höheneinstellung der im wesentlichen horizontalen Schwenkachse 6 wird die Schwinge 5 durch einen Hydraulikzylinder 18 verschwenkt, so dass die horizontale Schwenkachse 6 im wesentlichen diametral im Hüllkreis des Kanalquerschnittes des Kanals 4 verläuft. Eine Zentrierung bzw. weitere Abstützung wird durch Stützrollen 19 gewährleistet, welche über Hydraulikzylinder 20 gegen die Innenwand des Kanals 4 gepresst werden können und in einem gemeinsamen Träger 21 gelagert sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, können die Träger 21, welche strichpunktiert angedeutet wurden, in bevorzugter Weise Y-förmig angeordnet sein, wobei bei einem im wesentlichen eiförmigen Querschnitt gemeinsam mit der unteren angetriebenen Stützrolle 3 eine Selbstjustierung möglich ist. Die Stützrollen 19 können aber auch abweichend von der strichpunktiert angedeuteten Lage in beliebiger Weise orientiert werden, wie dies mit den in vollen Linien gezeichneten Rollen 19 verdeutlicht ist.
Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist der den Profilquerschnitt außen umgebende Hüllkreise mit 22 bezeichnet. Die im wesentlichen horizontale Schwenkachse wird hierbei jeweils auf den horizontalen Durchmesser 23 dieses Hüllkreises ausgerichtet, so dass eine exakte Justierung der gesamten Einrichtung an einem Streckenleitstrahl erfolgen kann. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, können für die Verschwenkung des Auslegerarmes 7 zu beiden Seiten gesonderte Hydraulikzylinder 14 eingesetzt werden, wobei die im wesentlichen horizontale Schwenkachse 6 in Höhenrichtung längs der mit 24 angedeuteten vertikalen Längsmittelebene des zu bearbeitenden lichten Querschnittes justierbar ist.