Ein Beitrag zur sensorunterstützten Steuerung schneidender Gesteinslöseverfahren
Von der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Ingenieurwissenschaften genehmigte Dissertation
Karl Nienhaus, Matthias Philipp
Schneidende Gesteinslöseverfahren haben sich für zahlreiche Berg-, Tunnel- und Erdbauprojekte bewährt. Aufgrund der häufig nur unzureichenden Kenntnis der Geologie und der Eigenschaften des zu lösenden Gesteins ist für einen solches
Löseverfahren ein Maschinenbediener vor Ort notwendig. Dieser Maschinenbediener kann aufgrund seiner Erfahrung das Zusammenwirken aus gelöstem Gestein und Maschine einschätzen und die Ausrichtung der Maschine sowie die Prozess-parameter kontinuierlich anpassen. Sowohl aus Gründen der Arbeitssicherheit als auch der Produktivitätssteigerung wäre eine sensorbasierte Unterstützung des Maschinenbedieners durch eine fortlaufende Materialcharakterisierung im Löseprozess wünschenswert.
Aus dem Bereich der Maschinendiagnose und -überwachung sind Körperschall-Sensoren bekannt, die menschlich erfahrbare Vibrationen der Maschine, welche als Reaktion auf das gelöste Material entstehen, aufzeichnen können. Acoustic-Emission-Sensoren erlauben ergänzend dazu Emissionen zu erfassen, die auch über den menschlichen Wahrnehmungsbereich hinausgehen. Mit dem Ziel einer sensorbasierten Materialcharakterisierung werden diese beiden Sensoren kombiniert. Die Beurteilung beider Sensortypen und ihrer Kombination für einen Löseprozess erfolgt zunächst auf einem Rotationsschneidprüfstand unter Laborbedingungen. Hieraus werden Empfehlungen für die Positionierung erarbeitet sowie die jeweiligen Vor- und Nachteile der Sensoren dargestellt. Löseversuche zeigen, dass ein kombinierter Einsatz der Sensoren echtzeitnahe Rückschlüsse sowohl auf die Festigkeit als auch auf das Bruchverhalten des gelösten Materials ermöglicht.
Hieraus können Steuerungsinformationen und -hinweise für den Maschinenbediener oder eine automatisierte Steuerung entwickelt werden. Die im Labor gewonnenen Erkenntnisse bestätigen sich in weiterführenden Löseversuchen an einem Großprüfstand unter betriebsnahen Bedingungen, so dass Empfehlungen für einen großtechnischen Einsatz ausgesprochen werden können.
