BORING APPARATUS, PARTICULARLY GALLERY BORING APPARATUS, AND PROCESS FOR CONTROLLING BORING APPARATUSES

Abstract: 1. Drilling apparatus, in particular drift drilling apparatus, in which the position of the arm parts or the parts of the drill mounting can be altered and set by means of cylinders which are controlled via electrical valves and which can be acted upon by pressure medium, electrical position sensors (3a, 4a) being provided at the connection points, in particular joints (3, 4) of the parts, characterised in that at the connection points, in particular at the joints (5, 6), of a model (2) which corresponds in its function to the arm of the drilling apparatus (1), there are arranged electrical position sensors (5a, 6a), preferably electrical rotary and/or slide resistance sensors, which determine the position of the arm parts or the parts of the drill mounting, and which are connected via at least one comparator or compensating circuit (12), preferably a bridge circuit, to preferably similarly designed electrical position sensors (3a, 4a) which are arranged at the connection points, in particular joints (3, 4), analogous to the model, of the arm parts or parts of the drill mounting (1), and when the position of the parts of the model is altered, the electrical valves (9, 10) can be acted upon by means of the comparator circuit (12) in each case by pressure medium to control the cylinders (7, 8), preferably in succession, until measured variables, preferably resistance values, which are identical to the measured variables determined by the position sensors (5a, 6a) of the model (2), are obtained at all position sensors (3a, 4a), preferably rotary and/or slide resistance sensors, arranged at the connection points, preferably joints (3, 4), of the drilling apparatus (1).

Description: Bohrgerät, insbesondere Stollenbohrgerät, und Verfahren zur Steuerung von Bohrgeräten Für die Einstellung und Steuerung von Bohrgeräten, insbesondere von Stollenbohrgeräten, war es bis jetzt üblich, die Auslegerteile bzw. die Teile der Bohrlafette, also die die Lage bzw. Winkellage der Einzelteile, z.B. Auslegerbalken, Schwenkachsen, des Auslegers bzw. der Bohrlafette zueinander verändernden, üblicherweise mit einem Druckmedium arbeitenden Stell organe, vorzugsweise Zylinder, Kolben od.dgl., über Ventile zu steuern, welche ihrerseits von üblicherweise durch einen Operator manuell betätigten Hebeln gesteuert werden. Soll, was bei den heutigen Anforderungen insbesondere hinsichtlich Exaktheit der Bohrung von komplizierten Verlauf aufweisenden Stollen, Tunnels od.dgl., der Fall ist, die dazu nötige, möglichst exakte Einstellung und Ausrichtung der Gesteinsbohrer erreicht werden, kann dies vom Operator nur relativ aufwendig, insbesondere zeitaufwendig, bewerkstelligt werden. Es ist dazu ein direktes Markieren der je- weiligen Bohrstelle notwendig, auf welche Narkierungen hin dann schliesslich der Ausleger und die Bohrlafette auszurichten sind. Es wurde daher versucht, mittels eines Servo-Systems die bei einer exakten Ausrichtung des Bohrgerätes und des Bohrers im praktischen Betrieb auftretenden Schwierigkeiten und Probleme zu verringern. So ist in der AT-PS 286.209 ein Bohrausleger zur winkeligen Einstellung einer eine Gesteinsbohrmaschine tragenden Bohrlafette beschrieben, bei der mit den Schwenkachsen ein Winkelverstellungs-Servosystem gekoppelt ist, bei dem jeder der Schwenkachsen ein elektrischer Winkelstellungsfühler zugeordnet ist, wobei beispielsweise zwei Winkelstellungsfühler winkelsynchron miteinander gekoppelt sind, wovon einer über einen Verstärker und ein Servoventil an den nebenliegenden Schwenkwinkel-Kraftzylinder des Bohrauslegers elektrohydraulisch winkelsynchron mit der Einstellung des gegenüberliegenden Schwenkwinkel-Kraftzylinders verbunden ist. Mit der dort vorgesehenen Vorrichtung kann z.B. die Bohrlafette exakt lageparallel verschoben werden. Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Systems liegt in dessen mangelnder Flexibilität, die eine freie Einstellung des Auslegers und damit auch des Bohrers in eine beliebige gewünschte Lage zumindest erschwert. Es wurde nun gefunden, dass die Nachteile eines solchen bekannten Servosystems für Bohrgeräte vermieden werden kön ne, wenn der Ausleger mittels eines diesem Ausleger funktionell entsprechenden Modells, an welchem jede gewünschte Stellung des Auslegers problemlos durch einfache Manipulation des Operators einstellbar ist, gesteuert wird. Dazu sind an den beweglich, insbesondere gelenkig und/oder verschieblich, ausgebildeten Verbindungsstellen des Auslegerbzw. Lafetten-Modelles, also beispielsweise an dessen Schwenkachsen oder Gelenken, Stellungssensoren (Messfühler) angeordnet, deren Messgrössen jeweils mit den Messgrössen von an den jeweils analogen Verbindungsstellen des Auslegers des einzusetzenden Bohrgerätes angeordneten Stellungssensoren (Messfühlern) verglichen werden. Solange eine Diffe- renz zwischen den jeweils von Modell und Gerät gelieferten Messgrössen vorhanden ist, wird mittels Servosteuerung, z.B. mittels Hydraulik, solange eine Veränderung der Lage der Auslegerteile bzw. der Teile der Lafette zueinander vorgenommen, bis die Messgrössen jeweils einander zugeordne ter Stellungssensoren an Gerät und Modell miteinander identisch sind. Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Bohrgerät, insbesondere ein Stollenbohrgerät, bei welchem die Lage der Auslegerteile bzw. Teile der Bohrlafette mittels über Ventile gesteuerten, mit Druck-Medium beaufschlagbaren Zylinder veränderbar und einstellbar ist, wobei an den Verbindungsstellen der Teile elektrische Stellungs-Fühler vorgesehen sind. Das Bohrgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass an den Verbindungsstellen, insbesondere an den Gelenken eines dem Ausleger des Bohrgerätes funktionell entsprechenden Modelles die Lage der die Auslegerteile bzw. Teile der Bohrlafette bestimmenden Stellungs-Sensoren, vorzugsweise elektrische Dreh- und/oder Schiebewiderstands-Sensoren, angeordnet sind, welche über mindestens eine Vergleichs- bzw. Kompensations-Schaltung, vorzugsweise eine Brückenschaltung, mit, vorzugsweise gleichartig ausgebildeten, an den zum Modell analogen Verbindungsstellen, insbesondere Gelenken, der Auslegerteile bzw. Teile der Bohrlafette angeordneten Stellungs-Sensoren verbunden sind und dass mittels der Vergleichs-Schaltung bei änderung der Lage der Teile des Modell es die Steuerorgane, insbesondere Ventile zur Steuerung der Zylinder, vorzugsweise in zeitlicher Aufeinanderfolge, jeweils mit dem Druckmedium so lange beaufschlagbar sind, bis an allen an den bei den Verbindungsstellen, vorzugsweise Gelenken, des Bohrgerätes angeordneten Stellungs-Sensoren, vorzugsweise Drehund/oder Schiebewiderstands-Sensoren, mit den von den Stellungs-Sensoren des Modelles festgestellten Messgrössen identische Messgrössen, vorzugsweise identische Wider standsgrössen, erreicht sind. Unter Verbindungsstellen sind, wie oben angedeutet, Gelenke, Schwenklager, Schwenkachsen od.dgl., weiters aber auch teleskopartig ausziehbare Auslegerteile od.dgl. zu verstehen. In bzw. an diesen Verbindungsstellen sowohl des Modelles als auch des Bohrgerätes sind die jeweilige Lage bzw. Winkel- oder sonstige Stellung registrierende Sensoren angeordnet. Zweckmässig sind elektrische oder elektronische Sensoren vorgesehen; elektrische Widerstands-Sensoren, also z.B. Dreh- oder Schiebepotentiometer, sind bevorzugt. Die erfindungsgemäss vorgesehene, mit den Sensoren verbundene, Vergleichs- bzw. Kompensations-Schaltung kann grundsätzlich nach jedem bekannten Prinzip aufgebaut sein und dient zur Feststellung der Differenz zwischen den jeweils von einander zugeordneten Sensoren an Modell und Gerät gelieferten Messgrössen und setzt mittels dieser Differenz Messgrösse - üblicherweise nach deren entsprechender Verstärkung - beispielsweise die Stell-Ventile der Hydraulik Zylinder am Ausleger des Bohrgerätes und damit diese Zylinder selbst solange in Gang, bis die Differenz-MeEgröBe der einander zugeordneten Sensoren von Modell und Ausleger den Wert Null erreicht. Auf diese Weise lässt sich eine nachführende Einstellung des Auslegers des Bohrgerätes erzielen, die exakt mit der Einstellung des einfach handzuhabenden Modell-Auslegers übereinstimmt. Die Vergleichs-Schaltung selbst ist vorteilhaft durch eine elektrische oder elektronische Brücken-Schaltung gebildet. Der zur Steuerung der der Bewegung der Zylinder am Ausleger dienende Verstärker ist vorteilhaft ein elektronischer Verstärker. Ublicherweise stimmt die Anzahl der Stellungs-Sensoren sowohl am Modell als auch am Gerät mit der Zahl der Verbindungsstellen, wie Gelenken od. dgl. überein. Die im Falle von mehreren Verbindungsstellen an diesem Fall vorhandene Redundanz gewährleistet, dass selbst bei Ausfall eines der Sensoren im bekannt rauhen Bohrbetrieb die restlichen, noch intakten Sensoren immer noch für eine exakte Ubereinstim- mung der Stellung der Teile des Auslegers bzw. der Lafette von Modell und Gerät zueinander zu sorgen imstande sind. Es können aber auch jeweils an Verbindungsstellen von Modell und Gerät, wo sie nicht unerlässlich sind, Sensoren weggelassen werden. Um den Aufwand des erfindungsgemässen Servo-Systems in Grenzen zu halten und gleichzeitig eine zeitliche Abfolge der Schritte der Einstellung des Auslegers bzw. der Bohrlafette zu gewährleisten, ist vorteilhaft eine zentrale Vergleichs Schaltung vorgesehen, an welche alle Paare einander zugeordneter Sensoren angeschlossen sind. In zeitlicher Aufeinanderfolge werden jeweils die beiden Messgrössen von zwei einander entsprechenden Verbindungsstellen an lageeingestelltem Modell und lageeinzustellendem Gerät gegeneinander abgeglichen und bei diesem Vorgang gleichzeitig das jeweils zugehörige Stellorgan, vorzugsweise ein Zylinder, über dessen Steuerorgan(e), z.B. Ventil(e) und damit die Teile des Auslegers bzw. der Lafette des Gerätes so lange in Bewegung gesetzt, bis die Differenz-Messgrösse an der Schaltung den Wert Null annimmt. Nach jeder händischen Neuausrichtung des Modell es werden also sequentiell alle Verbindungsstellen, insbesondere Gelenke od.dgl., des Auslegers des Bohrgerätes genau mit der Stellung der Verbindungsstellen, insbesondere Gelenke od.dgl., am Modell in Ubereinstimmung gebracht. Verständlicherweise ist für eine Abfolge der Einstellung zu sorgen, bei der ein 'tVerqueren" der Auslegerteile bzw. der Teile der Bohrlafette vermieden wird. Wie schon angedeutet, haben sich in der Praxis Stellungs Sensoren auf Basis elektrischer Widerstands-Messung bewährt. Es können aber auch kapazitive oder Induktions-Sensoren Anwendung finden. Für die Verbindung vom jeweiligen Stellungs-Sensor zur Vergleichsschaltung und von dieser zu den Steuerorganen, insbesondere Ventilen, der Zylinder des Bohrgerätes haben sich elektrische Leitungen bewährt. Erfindungsgemäss kann auch ein die analogen Messgrössen der Sensoren von Modell und Bohrgerät in digitale Grössen umwandelnder Analog-Dlgitalwandler und/oder eine digitale Vergleichs-, insbesondere Brücken-Schaltung vorgesehen sein. Damit ist die Ein- bzw. Zwischenschaltung eines die Einstell-Vorgänge und auch deren Abfolge an mehreren Bohrgeräten zentral steuernden und kontrollierenden Computers bzw. Mikroprozessors im Bohrbetrieb möglich. Weiters ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung eines Bohrgerätes, insbesondere des wie oben beschriebenen Bohrgerätes, das dadurch gekennzeichnet ist, dass an einem funktionell entsprechenden Modell des Auslegers bzw. der Bohrlafette des Bohrgerätes eine gewünschte Stellung des Auslegers bzw. der Bohrlafette eingestellt wird, dass die von an den Verbindungsstellen der Teile des Ausleger- bzw. Lafetten-Modelles angeordneten Stellungs-Sensoren bestimmten Messgrössen, insbesondere elektrischen Widerstandsgrössen, gespeichert werden und zur der Einstellung des Modell es entsprechenden, Einstellung der Teile des Auslegers bzw. der Bohrlafette des Bohrgerätes diese gespeicherten Modell-Messgrössen sequentiell mit den Messgrössen, insbesondere elektrischen Widerstandsgrössen, von an den analogen Verbindungsstellen der Teile des Auslegers bzw. der Lafette des Bohrgerätes befindlichen Stellungs-Sensoren mittels einer Vergleichsschaltung, vorzugsweise Brückenschaltung, verglichen werden, dass die dort festgestellten Spannungsdifferenzen über einen Verstärker und Wandler zur Beaufschlagung der Zylinder des Bohrgerätes mit dem Vruckmedium und damit zur Veränderung der Lage der Teile des Auslegers bzw. der Lafette des Gerätes zueinander solange abgerufen werden, bis die an den Stellungs-Sensoren der Verbindungsstellen des Auslegers bzw. der Bohrlafette auftretenden Messgrössen, vorzugsweise Widerstandswerte, mit den an den analogen Verbindungsstellen des lageeingestellten Modelles befindlichen Sensoren auftretenden Messgrössen, vorzugsweise Wider- standswerten, übereinstimmen. An Hand der Zeichnung sei der Erfindungsgegenstand erläutert: Es zeigen: Fig. 1 ein vereinfachtes Ubersichtsschema des erfindungsgemassen Bohrgerätes und Fig. 2 die Steuerung näher im Detail. jAn den Gelenken ), 4 des in Fig. 1 gezeigten Auslegers des Bohrgerätes 1 befinden sich die Stellungs-Sensoren Da, 4a, die über die elektrischen Leitungen 3b, 4b an die zentrale Brücken-Schaltung 12 angeschlossen sind. Ebenso befinden sich an den analogen Gelenken 5, 6 des funktionell entspre )chenden Modelles 2 des Auslegers, vorzugsweise gleichartig ausgebildete, Stellungs-Sensoren 5a, 6a, die über Leitungen 5b, 6b ebenfalls an die Schaltung 12 angeschlossen sind. Die Schaltung 12 vergleicht sequentiell die von den Sensoren 52, 6a des händisch in eine gewünschte Position eingestellten Modelles 2 gelieferten Messgrössen mit den von den am einzustellenden Bohrgerät 1 befindlichen, den Modell-Sensoren 5a, 6a jeweils zugeordneten Geräte-Sensoren Da, 4a und bestimmt die jeweilige Differenz-Messgrösse, welche über den Verstärker und Wandler 11 an die Steueror )gane, vorzugsweise Ventile 9, 10, der Zylinder 7, 8 des Auslegers des Bohrgerätes 1 weitergegeben wird; auf diese Weise werden die Hübe der Zylinder 7, 8 und damit die Stellung der Auslegerteile zueinander so lange verändert, bis diese mit der händisch in die gewünschte Lage gebrachten Stellung des Auslegers des funktionell entsprechenden Modell-Auslegers 2 übereinstimmt und die Differenzmessgrösse den Wert Null annimmt. Fig. 2 zeigt die Steuerung an Hand eines Paares einander zugeordneter Stellungs-Sensoren im Detail. Der den Winkel stellungs-Sesor bildende veränderliche Drehwiderstand 5a im Gelenk 5 des in eine gewünschte Lage eingestellten Ausleger-Modelles 2 sowie ein gleichartiger Sensor 3a im Gelenk ) des in eine gewünschte Stellung zu bringenden Auslegers des Bohrgerätes 1 bilden zwei in der von der Spannungsquelle 121 versorgten Brückenschaltung 12 gegeneinander geschaltete veränderliche Zweige dieser Schaltung, während die, vorzugsweise gleich grossen, Widerstände 122, 12D die beiden anderen Äste dieser Schaltung bilden. Die zwischen den Punkten a und b befindliche Brücke ist mit einem elektronischen Verstärker 11 verbunden, der seinerseits mit dem Betätigungsmotor eines elektro-hydraulischen Servo-Ventils 9 verbunden ist. Dieses Ventil 9 wird über Hydraulik-Leitungen 9a, 9b mit Druckmedium versorgt und steuert den Zu- bzw. Abfluss des Druckmediums über Leitungen 7a, 7b zum bzw. vom Zylinder 7 am Ausleger des Bohrgerätes 1. Wird die Lage zweier über das mit dem Winkelstellungs-Sensor 5a versehene Gelenk 5 miteinander verbundener Teile des Auslegers des Modell es 1 zueinander verändert, so tritt zwischen den Punkten a und b an der Brücke der Schaltung eine Spannungsdifferenz bzw. eine minderung der Spannung auf, die - vom Verstärker 11 verstärkt - eine Anderung der Stellung, z.B. Öffnen, Schliessen, der Zu- und Abfluss-Ventile im Servo-Ventil 9 bewirkt, wodurch, zugespeist über die Hydraulik-Leitungen 9, 9a Druckmedium solange über die Zylinderleitungen 7a, 7b zu- bzw. abgeführt wird und damit der Zylinder 7 solange betätigt wird, bis infolge der Lageveränderung der Teile des Auslegers des Bohrgerätes 1 der am Sensor 5a auftretende Widerstand den gleichen Wert hat wie der Widerstand am Sensor 5a am analogen Gelenk 5 des Modell es 2. Ist dieser Zustand erreicht, tritt zwischen den Punkten a und b an der Brücke der Schal tung 12 keine Spannung mehr auf, und es sind dann die für die Zylinder-Steuerung vorgesehenen Ventile des Servoventiles 9 geschlossen. Die Teile des Auslegers des Bohrgerätes werden dann konstant in der gleichen Lage zueinander gehalten, in der die Auslegerteile des Modell es eingestellt sind; damit ist eine exakte Einstellung des Bohrgerätes 1 auf Grund einer gewünschten Einstellung am Modell 2 erreicht. Bei einer neuerlichen Veränderung der Einstellung des Modelles 2 läuft der eben beschriebene Vorgang erneut ab.

Claims: Patentansprüche: 1. Bohrgerät, insbesondere Stollenbohrgerät, bei welchem die Lage der Auslegerteile bzw. Teile der Bohrlafette mittels über Ventile gesteuerten, mit Druck-Medium De- aufschlagbaren Zylinder veränderbar und einstellbar ist, wobei an den Verbindungsstellen der Teile elektri sche Stellungs-Fühler vorgesehen sind, dadurch gekenn zeichnet, dass an den Verbindungsstellen, insbesondere an den Gelenken (5, 6) eines dem Ausleger des Bohrge rätes (1) funktionell entsprechenden Modelles (2) die Lage der die Auslegerteile bzw. Teile der Bohrlafette bestimmenden Stellungs-Sensoren (5a, 6a), vorzugsweise elektrische Dreh- und/oder Schiebewiderstands-Sensoren, angeordnet sind, welche über mindestens eine Vergleichs bzw. Kompensations-Schaltung (12), vorzugsweise eine Brückenschaltung, mit, vorzugsweise gleichartig ausge bildeten, an den zum Modell analogen Verbindungsstellen, insbesondere Gelenken (3, 4), der Auslegerteile bzw. Teile der Bohrlafette (1) angeordneten Stellungs-Senso ren (Da, 4a) verbunden sind und dass mittels der Ver gleichs-Schaltung (12) bei Änderung der Lage der Teile des Modelles die Steuerorgane, insbesondere Ventile (9, 10) zur Steuerung der Zylinder (7, b), vorzugsweise in zeitlicher Aufeinanberfolge, jeweils mit dem Druckmedi um so lange beaufschlagbar sind, bis an allen an den bei den Verbindungsstellen, vorzugsweise Gelenken (D, 4), des Bohrgerätes (1) angeordneten Stellungs-Senso ren (Da, 4a), vorzugsweise Dreh- und/oder Schiebewider stands-Sensoren, mit den von den Stellungs-Sensoren (5a, 6a) des Modelles (2) festgestellten Messgrössen identi sche Messgrössen, vorzugsweise identische Widerstandsgrö Ben, erreicht sind. 2. Bohrgerät nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichs-Schaltung (12) mit den Stellungs-Senso ren (5a, 6a) des Bohrgeräte-Modelles über elektrische Leitungen (5b, 6b) verbunden ist. D. Bohrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Stellungs-Sensoren (5a, 6a, da, 4a) am Mo dell (2) und Bohrgerät (1) kapazitive bzw. induktive Sensoren sind. 4. Bohrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass es einen dieMessgrössen der Sensoren (5a, 6a, 3a, 4a) von Modell (2) und Bohrgerät (1) in digitale Grössen umwandelnden Analog-Digitalwandler und/oder eine digitale Vergleichs-, vorzugsweise Brücken-Schaltung, aufweist. 5. Verfahren zur Steuerung eines Bohrgerätes, insbesondere Stollenbohrgerätes, vorzugsweise nach einem der Ansprü che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem, funk tionell entsprechenden Modell des Auslegers bzw. der Bohrlafette des Bohrgerätes eine gewünschte Stellung des Auslegers bzw. der Bohrlafette eingestellt wird, dass die von an den Verbindungsstellen der Teile des Ausleger bzw. Lafetten-Modelles angeordneten Stellungs-Sensoren bestimmten Messgrössen, insbesondere elektrischen Wider standsgrössen, gespeichert werden und zur der Einstellung des Modell es entsprechenden, Einstellung der Teile des Auslegers bzw. der Bohrlafette des Bohrgerätes diese ge speicherten Modell-Messgrössen sequentiell mit den Messgrö ssen, insbesondere elektrischen Widerstandsgrössen, von an den analogen Verbindungsstellen der Teile des Auslegers bzw. der Lafette des Bohrgerätes befindlichen Stellungs Sensoren mittels einer Vergleichsschaltung, vorzugsweise Brückenschaltung, verglichen werden, dass die dort fest gestellten Spannungsdifferenzen über einen Verstärker und Wandler zur Beaufschlagung der Zylinder des Bohrge brätes mit dem Druckmedium und damit zur Veränderung der Lage der Teile des Auslegers bzw. der Lafette des Gerä tes zueinander solange abgerufen werden, bis die an den Stellungs-Sensoren der Verbindungsstellen des Auslegers bzw. der Bohrlafette auftretenden Messgrössen, vorzugsweise Widerstandswerte, mit den an den analogen Verbindungsstellen des lageeingestellten Modelles befindlichen Sensoren auftretenden Messgrössen, vorzugsweise Widerstandswerten, übereinstimmen.

Inventors: MAYERHOFER, WALTER
Applicants: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AKTIENGESELLSCHAFT (VEW)
Application year: 1982
Main classification: E21C11
IPC codes: E21B15