Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung des Verlaufes von Grabungen gegenüber dem Lot in Abhängigkeit von der Grabungstiefe, insbesondere für Schlitzwände, wobei zur Messung der Neigung ein herkömmlicher Winkel- oder Inklinationssensor verwendet wird, sowie ein Maßsystem dafür.

Bisherige Neigungswinkelmeßsysteme verwenden handelsübliche Winkelsensoren, beispielsweise Beschleunigungsaufnehmer, Meßkapseln mit Auftriebskörpern oder mechanischen Pendelmechanismen. Die Sensoren samt zugehöriger Elektronik sind in einem Gehäuse eingebaut, dessen Breite der kleinsten Dimension der Grabung, im speziellen Fall der Schlitzwandbreite, entspricht. Auf diesem Weg kann der Schachtverlauf durch Absenken des Gehäuses ermittelt werden. Eine Abtastung der Schachtwände und damit des Schachtverlaufes kann aber auch durch Ultraschallpeilung erfolgen. Die Meßdatenübertragung erfolgt dabei über ein mehrpoliges Stromkabel.

Der Nachteil der herkömmlichen Geräte liegt unter anderem darin, daß die Grabungen erst im Nachhinein vermessen werden können, wozu überdies speziell geschultes Personal benötigt wird, und somit Maßnahmen zum Ausgleich intolerabler Abweichungen unter Zeit-, Material- und damit wirtschaftlicher Verlust erst nach dem durchgeführten Grabungsvorgang erfolgen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher in der

Entwicklung eines Verfahrens, welches diese Nachteile vermeidet und die Überachung während der Durchführung der Grabungsarbeiten ohne zusätzliches Personal und übermäßigem apparativen Aufwand ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe war die Konstruktion eines Meßsystems zur

Durchführung des Verfahrens in Verbindung mit einem Grabwerkzeug, das über ein oder mehrere Verbindungselemente, beispielsweise Drahtseile oder Gestänge, beweglich mit einem Grundgerät verbunden ist und zumindest einen herkömmlichen Winkel- oder Inklinationssensor und eine Auswerteelektronik mit einer analogen oder digitalen Anzeige,_

ERSATZBLATT ^"

allenfalls mit einer Speichereinrichtung, umfaßt.

Die Aufgabe wird er indungsgemäß dadurch gelöst, daß der besagte Sensor zusammen mit einer elektronischen Schaltung zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals stoßgeschützt am Grabwerkzeug befestigt wird, wobei während der Grabungsarbeiten ein hochfrequentes Signal mit einer dem Ausgangssignal des Sensors proportionalen Frequenz erzeugt und einer Spule zugeleitet wird, welche eines der Verbindungselemente, wie beispielsweise das Trag- oder Betätigungsseil des Grabwerkzeuges, zwischen Grabwerkzeug und Grundgerät umfaßt, sodaß das

Hochfrequenzsignal berührungslos in das Verbindungselement eingespeist wird, daß das Signal von einer zweiten Spule, die das von der ersten Spule umfaßte Verbindungselement ebenfalls umfaßt, in gleicher Weise berührungslos abgenommen und einer Auswerteelektronik zugeleitet und wieder in ein, die Neigung des Grabwerkzeuges repräsentierenden

Spannungswert umgewandelt und analog und/oder digital angezeigt wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß der Auswerteelektronik von zumindest einem weiteren Sensor Signale . zugeleitet werden, welche der jeweiligen ausgefahrenen Länge des oder der Verbindungselemente und damit auch der Grabungstiefe proportional sind.

Das System zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Winkelsensoren zusammen mit einer elektronischen Schaltung, die ein hochfrequentes Signal mit einer dem neigungsproportionalen Ausgangssignal des Sensors proportionalen Frequenz erzeugt, in einem druckfesten und wasserdichten Gehäuse stoßgeschützt eingebaut sind und das Gehäuse direkt am Grabwerkzeug montiert ist, daß am oder im Grabwerkzeug eine mit der elektronischen Schaltung verbundene und eines der Verbindungselemente umfassende Spule angebracht ist, welcher das Hochfrequenzsignal zugeleitet wird, daß am Grundgerät eine zweite Spule zur Abnahme des über das Verbindungselement übertragenen Hochfrequenzsignals vorgesehen ist, die das von der ersten Spule umfaßte Verbindungselement ebenfalls

umfaßt und mit einer Auswerteelektronik und einer Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise im Führerhaus des Grundgerätes angeordnet, verbunden ist, in der das in der Spule induzierte neigungsproportionale Hochfrequenzsignal in einen Spannungswert umgewandelt und auf der Anzeige ausgegeben wird.

Nach einem weiteren Merkmal ist das System dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein weiterer Sensor am Grundgerät vorgesehen ist, der ebenfalls mit der Auswerteelektronik verbunden ist, und Signale liefert, die der jeweiligen Länge des oder der Verbindungselemente und damit der Grabungstiefe proportional sind.

Dadurch ergeben sich gegenüber den bislang üblichen Verfahren zur Erfassung der Neigung von Grabungen folgende Vorteile: Aufgrund der kabellosen Datenübertragung, bzw. der Ausnutzung vorhandener, vcm Grabwerkzeug zum Grundgerät führende Elemente, kann ein zusätzlicher hubseil- oder gestängesynchroner Kabelaufrollmechanismus entfallen.

Durch die dauernde Befestigung des oder der Sensoren am Grabwerkzeug entfällt der zeitraubende Aufbau, die Justierung und die Demontage, wie sie für separate Meßsysteme erforderlich sind, sowie die Notwendigkeit für speziell geschultes Personal.

Vielmehr kann während der Grabungsarbeiten der Grabungsverlauf vom Bedienungspersonal, beispielsweise dem Baggerführer, des Gerätes beobachtet und allenfalls erforderliche Maßnahmen zur Korrektur intolerabler Abweichungen unverzüglich eingeleitet werden. Zusätzlich zur vornehmlich digitalen Anzeige im Führerstand kann durch Aufzeichnung eines Winkel-Tiefen-Diagrammes eine Dokumentation der ^• Grabung angelegt werden, die eine genaue Analyse, derselben erlaubt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sollen nun in der nachfogenden Beschreibung anhand einer beispielhaften Ausführung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. la und 1b den Greifer eines Baggers für Schlitzwandgrabungen mit dem montierten Sensorgehäuse,

Fig. 2 schematisch eine Variante für die stoßgeschützte Montage des Sensors im Gehäuse,

Fig. 3 ein Winkel-Spannungsdiagramm eines herkömmlichen Neigungssensors,

Fig. 4a ein Schema für eine erste Ausführungsform des Signalübertragungssystems gemäß der Erfindung,

Fig. 4b ein Ersatzschaltbild davon,

Fig. 5 einen Teil des Signalübertragungssystems gemäß einer zweiten er indungsgemäßen Variante,

Fig. 6a und 6b ein Beispiel einer Vorrichtung zur Feststellung der Grabungstiefe, und

Fig. 7 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Gesamtsystems zur Erfassung der Neigung von Grabungen.

In Fig. la und 1b ist mit 1 der Greifer eines Baggers für

Schlitzwandgrabungen bezeichnet, welcher hier beispielhaft für Grabwerkzeuge beliebiger Art zur Durchführung von Grabungen aller Art steht. Am unteren Ende eines Rahmens 2 ist eine schließbare Schaufeleinrichtung 3 angebracht, welche mittels eines herkömmlichen vom Grundgerät aus bedienbaren Mechanismus 4 geöffnet und geschlossen werden kann. Der Greifer 1 kann über ein Tragseil 5 abgesenkt oder angehoben werden, und der Mechanismus 4 wird vorzugsweise gleichfalls mittels eines Betätigungsseiles 6 vom Bagger aus gesteuert.

Zur Messung der Neigung dient ein herkömmlicher handelsüblicher

Winkel- oder Inklinationssensor, welcher in einem wasserdichten, druckfesten Gehäuse 10 direkt am Greifer montiert ist. Das Gehäuse befindet sich dabei vorzugsweise innerhalb des Rahmens 2, wo es am besten vor Beschädigungen geschützt ist. 5

Die Schockdämpfung wird z.B. wie in Fig. 2 gezeigt, durch ein gefedert geführtes Innengehäuse 11 und Aufpralldämmplatten 12 erreicht, welche im Gehäuse 10 montiert sind. Dazu sind zwischen den oberen und unteren Dämmplatten 12 eine oder mehrere Führungsstange(n) 13 vorgesehen, auf 10 welchen das Innengehäuse 11 mittels im Prinzip beliebiger

Führungselemente 14 gleitet. Oberhalb und unterhalb vor zumindest einem Führungselement 14, vorzugsweise bei allen, sind elastische Elemente, vorzugsweise Schraubenfedern 16 vorgesehen.

15 Gleitet nun der Greifer 1 in den Schacht, wobei die Greiferbreite der Schlitzwandbreite entspricht, so kann auf diesem Weg dessen Neigung in jedem Punkt seines Weges ermittelt werden. Durch eine entsprechende Justierung des Neigungssensors kann dieser so eingestellt werden, daß lediglich der Neigungswinkel in Richtung der Schachtbreite, d.h.

20 . normal auf die Ebene des Rahmens 2, registriert wird. Eine eventuelle Neigung des Greifers 1 in der Längsrichtung der Schachtgrabung hat somit keinen Einfluß auf das Meßergebnis.

Der Neigungssensor liefert als Ausgangssignal eine Spannung, deren 25 Wert der Neigung des Sensors gegenüber dem Lot proportional ist, wie z.B in Fig. 3 dargestellt. Dieses Ausgangssignal wird einer elektronischen Schaltung zugeführt, welche zusammen mit dem Sensor, gleichfalls stoßgeschützt, im Gehäuse 10 eingebaut ist. Die Schaltung erzeugt in herkömmlicher Weise unter Verwendung von Standard-Bauteilen ein 30. hochfrequentes Signal, dessen Frequenz wieder der Ausgangsspannung des Neig-ungssensors und damit auch der Neigung des Greifers 1 proportional ist. Allenfalls kann der Spannungs-Frequenz-Konvertierung noch eine SignalVerstärkung und bzw. oder Spannungsbereich-Anpassung vorangehen, sowie eine Bandbegrenzung und bzw. oder weitere Verstärkung des erzeugten 35 Hochfrequenzsignals erfolgen.

Das spannungs-frequenz-konvertierte, bandbegrenzte und an die Übertragungsbedingungen, d.h. die Länge der Übertragungsstrecke, die Materialien der Bauteile etc., angepaßte Inklinationssensorsignal wird anschließend nach einem der beiden folgenden Verfahren und mittels der dabei beschriebenen Systeme in das Führerhaus des Baggers übertragen. Nach der ersten erfindungsgemäßen Variante (siehe Fig. 4a) wird das angepaßte neigungsproportionale Hochfrequenzsignal einer Spule Sl zugeführt, welche um einen Ringkern 21 gewickelt ist. Dieser Ringkern 21 umfaßt eines der Drahtseile 5 oder 6, welche den Greifer 1 mit dem Bagger verbinden. Das Hoehfrequenzsignal in der Spule Sl induziert im Ringkern 21 ein wechselndes fegnetfeld, und dieses erzeugt seinerseits ein elektrisches Wechselfeld, dessen Feldlinien das Zentrum des Ringkernes 21 parallel zum Drahtseil 5 oder 6 und das jeweilige drahtsei 5 oder 6, durchsetzen. Der Ringkern 21 kann dabei wahlweise etwas oberhalb des Greifers 1 montiert sein, vorzugsweise ist er allerdings wegen der besseren Schutzmöglichkeiten gegen Beschädigungen noch innerhalb des Rahmens 2 befestigt, um auch gegenüber Beeinträchtigungen aufgrund von Seilschwingungen vorzusorgen, ist der Ringkern 21 vorteilhafterweise mittels elastischer Elemente, vorzugsweise Federn (nicht dargestellt) am Greifer montiert.

Die beiden Drahtseile 5 und 6 sind elektrisch miteinander verbunden, da sie jeweils an stromleitenden Bauteilen des Baggers bzw. des Greifers 1 befestigt sind oder mit diesem in Kontakt stehen, welche auch direkt oder indirekt mit dem jeweils anderen Seil in Kontakt kommen. Daher fließt in den beiden vorhandenen Seilen 5 und 6 ein hochfrequenter Wechselstrom, der nun seinerseits in einem zweiten Ringkern 22, durch dessen Zentrum das auch vom ersten Rinkern 21 im aßte Seil 5 oder 6 verläuft, ein wechselndes fegnetfeld hervorruft. Dieser zweite Ringkern 22 ist, analog dem zuvor beschriebenen, mit einer zweiten Spule S2 bewickelt und vorzugsweise ebenfalls gefedert am Bagger, d.h. nahe dem, dem Greifer 1 entgegengesetzten öide der Seile, angebracht. Die Spule S2, in der vom wechselnden Magnetfeld eine Wechselspannung induziert wird, ist mit einer Auswerteelektronik verbunden, wo das vom Seil abgenommene neigungsproportionale

Hochfrequenzsignal wieder in einen Spannungswert umgewandelt wird, welcher die Neigung des Grabungswerkzeuges repräsentiert und über beliebige herkömmliche Anzeigeeinrichtungen analog oder digital angezeigt werden kann.

Die genaue Position für die Anbringung des Ringkernes 22 und der Spule S2 am Bagger ist im Prinzip beliebig. Die günstigste Stelle in Hinblick auf die Signalübertragung wäre möglichst nahe der ersten Spule 51, also ganz außen am Ausleger des Baggers, allenfalls noch etwas in Richtung Greifer 1 versetzt, beispielsweise auf einem vorzugsweise beweglich angebrachten Rahmen. Hier ist jedoch die mechanische Belastung, vor allem durch die Seilbewegungen besonders groß.

Diesbezüglich günstiger, wenngleich auch für die Signalübertragung etwas weniger vorteilhaft, ist eine Montage der Aufnehmerspule S2 zwischen dem äußersten Punkt am Ausleger und der Seiltrommel für die Drahtseile 5 und 6.

Fig. 4b zeigt ein Ersatzschaltbild für die soeben beschriebene

Übertragungsvariante. Der Ringkern 21 ist hier der Kern eines ersten Transformators Tl, dessen Primärspule die Spule Sl ist. Das durch den Kern laufende Seilstück 5 stellt eine halbe Windung der Sekundärseite des Transformators Tl und gleichzeitig auch an der Primärseite eines zweiten Transformators T2 dar. Der Transformator T2 umfaßt noch den Ringkern 22 und die Signalau nehmerspule S2.

Die Signalübertragung nach der zweiten Variante gemäß der Erfindung erfolgt durch den magnetischen Fluß, und soll nun anhand der Fig. 5 erläutert werden.

Wiederum ist im oder am Greifer 1, nahe einem Ende eines der Seile 5 oder 6 eine Sendespule Sl ¹ vorgesehen, in welche das spannungs- frequenz-konvertierte, bandbegrenzte neigungsproportionale Hochfrequenzsignal eingespeist wird. Im Gegensatz zur ersten Variante ist die Spule Sl ¹ nicht um einen Ringkern gewickelt, sondern direkt um

eines der beiden Drahtseile 5 oder 6. Die hochfrequenzte Wechselspannung induziert ein, das Seil durchsetzendes Magnetfeld, welches wiederum von einer analog aufgebauten Enpfangerspule am Bagger vom Seil abgenommen wird.

Um den Streufluß zu minimieren, muß der Luftspalt zwischen Seil und Spule möglichst gering sein. Zur Vermeidung von Beschädigungen der Spulen bei zu enger Ciwicklung der Seile 5 oder 6 sind die Windungen der Spulen, beispielsweise Sl' , um einen Spulenkörper 23 aus Polyamid- oder Polyolefinkunststoff gelegt, wodurch geringe Reibung am durchlaufenden Seil sowie große Widerstandsfestigkeit erzielt wird. Natürlich können die Spulen auch mit den besagten Kunststoffen umhüllt sein.

Entsprechend dem oben beschriebenen Aufbau werden_auch bei dieser

Ausführungsfoπn die Spulen bzw. Spulenkörper über Federn 24 am Greifer 1 des Baggers, allenfalls unter Zwischenschaltung eines Trägerrahmens 25 befestigt.

Die zuletzt beschriebene zweite Ausführungsvariante ist jedoch nur für ferromagnetische Seile 5,6 möglich, während sie für nicht ferromagnetische Werkstoffe, wie z.B. Drahtseile aus hoch kohlenstofflegierten Stählen nicht gangbar ist.

Die Frequenz des übertragenen Signales kann zwischen 500 Hz und 35 kHz liegen, wobei die Mittenfrequenz vorzugsweise bei etwa 4,5 kHz liegt und die Bandbreite zwischen 3 und 10 kHz variiert, vorzugsweise jedoch 6 kHz beträgt.

Auf der Enpfangsseite, d.h. in der Auswerteelektronik wird das von - ^' Seil abgenommene Signal in beiden Varianten steilflankig bandbegrenzt verstärkt, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, frequenz- spannungs-konvertiert und einem Spannungsmeßsystem bzw. einer Recheneinheit zugeführt.

Der Auswerteelektronik können gemäß einem weiteren erfindungs emäßen Merkmal von zumindest einem weiteren Sensor Signale zugeleitet werden, welche der jeweiligen Grabungstiefe proportional sind.

In dem Beispiel des Schlitzwandbaggers mit seilgetragenem und

-betätigtem Greifer 1 kann die Messung der zu jedem Neigungsmeßwert gehörigen Schachttiefe durch die Zählung der Umdrehungen jener Drahtseiltrommel, welche zur Absenkung des Greifers dient, erfolgen. Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dafür in Fig. 6a und 6b dargestellt.

Über einen etwa an der Wange der Trommel 30 befindlichen oder auch nachträglich angebrachten Zahnkranz 31 wird zumindest ein induktiver Näherungsschalter 32 betätigt, da beim Vorbeistreichen eines Zahnes 33 jeweils einen Impuls abgibt. Vorzugsweise sind zwei Schalter 32 angebracht und deren Abstand sowie der Zahnabstand derart bemessen, daß in einer Vorwärts-Rückwärts-Zählschaltung der Auswerteelektronik sowohl die Auswahl als auch die Richtung der Drehung der Seiltrommel 30 bestimmt werden kann.

Der Einfluß der unterschiedlichen Seillagenanzahl auf die Tiefenauswertung kann a priori durch geeignete Programmierung oder Auslegung der Schaltung berücksichtigt oder durch empirische Ermittlung, d.h. einmaliges Ausfahren des Seiles über die gesamte Länge und Anlegen bzw. Abspeichern einer Zählimpuls-Längen-Tabelle oder -Funktion, erhalten werden. Der Bezugspunkt für die Berechnung der Grabungstiefe ist vorzugsweise beliebig festsetzbar, da ansonsten die Auslegehöhe unnötigerweise iteinbezogen wäre und rechnerisch korrigiert werden müßte.

Somit kann in der Auswerteelektronik die Abweichung der Grabung vom ^• Lot in Abhängigkeit von der Schachttiefe berechnet und angezeigt, sowie gespeichert oder graphisch dargestellt werden. Auch der Verlauf des Schachtes kann durch Integration der Neigungswerte über den Weg berechnet und dokumentiert werden.

Fig. 7 zeigt ein Blockschema des gesamten Meßsystems zur Erfassung der Neigung von Grabungen in Abhängigkeit von der Grabungstiefe. Die Systemteile innerhalb des Gehäuses 10 sind zu einem Block 100 der Meßelektronik zusa menge aßt, die zusammen mit der Spule Sl am Grabwerkzeug 1 befestigt sind. Block 200 kennzeichnet die Auswerteelektronik mit den Untersystemen 210 für die Neigungswertberechnung und -Anzeige auf der Anzeige 211, sowie 220 für die Ermittlung der Grabungstiefe über die Schalter 32, allenfalls mit selbständiger Anzeige 221.

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Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung vielerlei Abänderungen und Varianten möglich. Je nach der möglichen bzw. gewählten Bandbreite für die Übertragungsfrequenz können ein oder auch mehrere Übertragungskanäle in diesem Frequenzband untergebracht werden. Damit 15 besteht die Möglichkeit, mehrere Sensorverte vom _^ Greifer 1, oder allgemein dem Grabwerkzeug, in den Führerstand zu übermitteln, gleich ob dies ein zweiter Winkel, die Bodentemperatur, Bodenfeuchte etc. ist.

20 Weiters wäre anstelle der Messung der Umdrehungen der Seiltrommel zur Ermittlung der Grabungstiefe durch induktive N herungsSchalter auch der Einsatz von mechanischen Kontakten oder vorteilhafterweise, da ebenfalls berührungslos, von Lichtschranken denkbar.

25 Die letztere Meßmethode ist z.B. auch für Bagger oder ähnliche Grabgeräte von Bedeutung, bei welchen das Grabwerkzeug nicht von Drahtseilen getragen und betätigt wird, sondern bei welchen als Verbindungselemente ein oder mehrere Gestänge vorhanden sind. Damit ist das erfindungsgemäße Meßsystem und -verfahren sowohl auf reine

30 Draht- oder Stahlseil-Betätigung, auf reine Gestänge-Betätigung als

_ ^" - . ^' . auch auf kombinierte Seil-Gestänge-Systeme anwendbar, solange zumindest ein geschlossener Stromkreis zwischen Bagger und Grabwerkzeug besteht. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Seile oder Gestänge nicht elektrisch isoliert sein müssen, um eine

35 Signalübertragung zu ermöglichen, was den Materialaufwand wieder

reduziert.

Schließlich sind auch Grabgeräte mit nur einem Verbindungselement dadurch leicht mit dem erfindungsgemäßen System nachrüstbar, da die vorhandenen Elemente nicht isoliert werden müssen und zur Herstellung eines geschlossenen Stromkreises das Anbringen eines einfachen Kabels zwischen Grabwerkzeug und Grundgerät ausreicht.