Konzeption für ein Sensor- und Steuerungssystem zur automatischen Führung eines Walzenschrämladers entlang der Grenzlinie von Kohle und Nebengestein

Die vorliegende Arbeit entstand wiihrend meiner Tiitigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut flir Produktionstechnik und Automatisierung (IPA, Stuttgart). Ich danke Herrn Prof. Dr.h.c.mult. Dr.-Ing. H.-J. Warnecke flir die groBziigige Unterstiitzung und Forderung, welche die Durchflihrung dieser Arbeit ermoglichte. Herrn Prof. Dr.h.c. Dr.-Ing. G. Pritschow danke ich flir die Obernahme des Koreferates sowie flir wichtige Hinweise und Anregungen bei der Durchsicht des Manuskripts. Von meinen Kollegen des Instituts, die mich bei der Durchflihrung dieser Arbeit unterstiitzt haben, mochte ich besonders Herrn Prof. Dr.-Ing. Schraft, Herrn Dr.­ Ing. M. Schweizer, Herrn Dipl.-Ing. A. Hambrock, Herrn Dipl.-Ing. A. Langen und Herrn Dipl.-Inform. J. MiillerschOn, die mir mit vielfachen Hinweisen zur Seite gestanden haben, erwiihnen. Frau L. Schuhmacher, welche mich bei der Manuskripterstellung und dem Layout in hilfreicher Weise unterstiitzt hat, mochte ich mit besonderem Dank auszeichnen. Fiir die technische Umsetzung dieses Konzeptes richtet sich mein Dank insbesondere an Herrn Hambrock, Herrn Merklinger, Herrn Luz, Herrn Esslinger und Herrn Schmid, die mit groBem Einsatz die theoretischen Ergebnisse dieser Forschungsarbeit flir die Offentlichkeit sichtbar gemacht haben. Ihnen allen gilt mein herzlicher Dank.

1 Einleitung.- 1.1 Problemstellung.- 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise.- 2 Ausgangssituation und Anforderungen.- 2.1 Begriffe und Definitionen.- 2.2 Stand der Technik.- 2.3 Höhensteuerung der Schrämwalzen.- 2.4 Automatische Ausbausteuerung.- 3 Istzustandsanalyse und Lastenheft.- 3.1 Prozeßanalyse.- 3.2 Prozeflanalyse der Kohlengewinnung mit Schrämwalzen.- 3.3 Untersuchung der Einsatzbedingungen.- 3.4 Lastenheft.- 4 Voruntersuchungen zum Sensorsystem.- 4.1 Konzeption der Vorversuche.- 4.2 Auswertungen der Unter-Tage-Versuche.- 4.3 Sonstige Meßverfahren.- 4.4 Bewertung für den Einsatz auf dem Walzenschrämlader.- 5 Aufgaben des Sensor- und Steuerungssystems.- 5.1 Zentraler Ansatz für das Sensor-und Steuerungssystem.- 5.2 Multisensordatenverarbeitung.- 5.3 Sensorgeführte Bewegungssteuerung.- 5.4 Modellgestützte Steuerung.- 5.5 Auswahl und Bewertung der Funktionseinheiten.- 6 Konzept-Entwicklung des Sensor- und Steuerungssystems.- 6.1 Lösungsentwicklung zur Multisensor-Datenfusion.- 6.2 Lösungsentwicklung zur modellgestützten Steuerung.- 6.3 Datenfusion aus Modell- und Sensorsteuerung.- 7 Algorithmenentwicklung.- 7.1 Berechnungsgrundlagen.- 7.2 Algorithmen zur Positionsbestimmung der Maschine.- 7.3 Auswertung des Flözmodells.- 8 Versuchsdurchführung und Ergebnisse.- 8.1 Prototyp eines Walzenschrämladers mit automatischer Höhensteuerung.- 8.2 Versuchsaufbau.- 8.3 Versuchsergebnisse.- 8.4 Pflichtenheft für die Prototypenmaschine.- 8.5 Einsatzmöglichkeiten und weiterführende Arbeiten.- 9 Zusammenfassung und Ausblick.- 10 Literaturverzeichnis.