DE2416947B2

DE2416947B2 - Verfahren zum begrenzen der verstellbewegung eines an einem allseitig schwenkbaren tragarm einer vortriebsmaschine gelagerten loesewerkzeuges auf den aufzufahrenden streckenquerschnitt und einrichtung zur ausuebung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2416947B2
Application number: DE19742416947
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing 5810 Witten Weber
Original assignee: Gebr Eickhoff Maschinenfabrik u Eisengiesserei GmbH
Current assignee: Gebr Eickhoff Maschinenfabrik u Eisengiesserei GmbH
Priority date: 1974-04-08
Filing date: 1974-04-08
Publication date: 1977-07-07
Also published as: US4027210A; JPS5198603A; ATA111975A; AT337128B; CH580747A5; FR2266795A1; DE2416947A1; GB1477974A; JPS5431625B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Begrenzen der Verstellbewegung eines an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Lösewerkzeuges auf den aufzufahretiden Streckenquerschnitt, dessen Lage durch einen in Tunnellängsrichtung verlaufenden Laserstrahl bestimmt wird, wobei der Bewegungsbereich des Lösewerkzeuges durch eine dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt geometrische ähnliche Schablone begrenzt wird, die durch einen die Sollwerte der Koordinaten des Lösewerkzeuges bildenden Anschlag oder eine Reflektionslichtschranke abgetastet wird, sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind Vorrichtungen zum Überwachen und zum Korrigieren der Bewegung von Strecken- bzw. Tunnelvortriebsmaschinen oder von Gewinnungsmaschinen mit einem an einem beweglichen Ausleger befindlichen Schneidwerkzeug bekannt. Sie besitzen einen im Bedienungsstand der Vortriebsmaschine befindlichen, mit einem Fadenkreuz ausgestatteten Kontrollschirm, der in Richtung der Koordinaten verlaufende Skalen aufweist und auf den ein den Maschinenkurs angebender Leitstrahl auftrifft. Außerdem befindet sich auf dem Maschinenbedienungsstand ein Gerät, das einen ruhend angeordneten Führungsrahmen und einen gegenüber diesem Führungsrahmen in zwei Koordinatenrichtungen bewegbaren, mit Skalen und Führungen versehenen Bildrahmen aufweist. Der Bildrahmen trägt eine Klarsichtscheibe mit zugeordneter Schablone, die den Querschnitt der aufzufahrenden Strecke in verkleinerndem Maßstab wiedergibt. Klarsichtscheibe und Schablone sind gemeinsam gegenüber dem Bildrahmen schwenkbar angeordnet und mit Hilfe einer mit Winkelmaßskala versehenen Rastvorrichtung winkelverstellbar. Von den Führungen des Führungsrahmens werden zwei in Richtung der beiden Koordinaten verlaufende und sich kreuzende Zeiger geführt, die über bekannte mechanische oder hydraulische Stellmittel mit dem Schneidwerkzeug oder mit dem das Schneidwerkzeug tragenden Ausleger verbunden sind. Sowohl die Skalen des Kurskontrollschirmes und die der Schablone als auch die Skalen des Bildrahmens haben gleiche Maßstäbe. Mit Hilfe dieses Gerätes soll das Bedienungspersonal der Vortriebsmaschine das aufzufahrende Profil des Tunnels der Lage und der Form nach überwachen und bei Abweichungen die Maschinen- und/oder Werkzeugbewegung fortwährend korrigieren, ohne dazu die Maschine hin und her manövrieren zu müssen.(DT-AS 19 55 866)

Weiterhin gehören Vortriebsmaschinen zum vorbekannten Stand der Technik, deren Lösewerkzeug von einem allseitig schwenkbaren Arm getragen wird, dessen Aktionsbereich auf den jeweiligen Querschnitt der aufzufahrenden Strecke begrenzt ist. Auch bei diesen Vortriebsmaschinen wird eine dem Querschnitt der aufzufahrenden Strecke ähnliche Schablone benutzt, die hier aber den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges auf das herzustellende Streckenprofil begrenzt und es dem Bedienungsmann der Vortriebsmaschine unmöglich macht, mit dem Werkzeug über das Streckenprofil hinauszufahren. Dazu ist ein vom Bedienungsmann der Vortriebsmaschine verstellbarer Anschlag oder eine

Reflektionslichtschranke vorgesehen, die vom Bedienungsmann über die Schablone geführt wird und dabei das Streckenprofil abtastet. Über eine Nachlaufsteuerung, die die den Arm des Lösewerkzeuges schwenkenden Stellzylinder steuert, wird die Bewegung des Lösewerkzeuges stets in Übereinstimmung mit der das Streckenprofil der Schablone abtastenden Reflektionslichtschranke bzw. der Stellung des Anschlages gehalten und die Sollage der Schablone durch den Strahl eines Lasers festgelegt, in die die Schablone bei Abweichungen vom Bedienungsmann der Vortriebsmaschine gedrückt wird. Da die Reflektionslichtschranke außerhalb des Schablonenprofils keine Ausgangssignale mehr liefert bzw. der Anschlag das Schablonenprofil nicht verlassen kann, ist es auch dem der Reflektionslichtschranke bzw. dem Anschlag nachlaufenden Lösewerkzeug, im Gegensatz zu dem Lösewerkzeug der eingangs genannten Vorrichtung, nicht möglich, das Streckenprofil zu verlassen und über die Profilgrenzen hinauszulaufen (DT-OS 22 01 403).

Sowohl mit der eingangs erläuterten Vorrichtung als auch mit der letztgenannten Vorrichtung lassen sich Winkelabweichungen der Vortriebsmaschinenlängsachse gegenüber dem Laserstrahl nicht erfassen und daher auch vom Bedienungsmann der Vortriebsmaschine nicht feststellen. Etwa auftretende Neigungen der Vortriebsmaschine um eine quer zur Streckenlängsrichtung verlaufende, horizontale Achse oder auch Verdrehungen um eine senkrechte Achse können im übrigen durch Verstellen der Schablone auch nicht ausgeglichen werden. Zusätzlich sind deshalb geodätische Hilfsmittel erforderlich, um die Vortriebsmaschine in der Stunde zu halten, sie also parallel zum Laserstrahl einzustellen.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Begrenzung der Verstellbewegung eines an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Lösewerkzeuges auf den aufzufahrenden Streckenquerschnitt aufzuzeigen, diirch das neben Parallelverschiebungen und Krängungen auch die Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine gegenüber einem in Streckenlängsrichtung verlaufenden Laserstrahl erfaßt und der Aktionsbereich des Lösewerkzeuges selbsttätig auf die durch den Laserstrahl fixierte Sollage des Streckenquerschnittes begrenzt wird.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die vom Anschlag bzw. der Reflektionslichtschranke vorgegebenen Sollwerte der Lösewerkzeugkoordinaten bei Abweichungen der Vortriebsmaschine aus ihrer Sollage durch den Abweichungen entsprechende Signale korrigiert werden. Die Lage der Vortriebsmaschine in bezug auf den aufzufahrenden Streckenquerschnitt oder in bezug auf den Laserstrahl hat dann keinen Einfluß mehr auf den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges, da die den Maschinenabweichungen entsprechenden Signale fortwährend die von der Reflektionslichtschranke bzw. die von dem Anschlag stammenden Sollwerte der Lösewerkzeugkoordinaten korrigieren, solange der korrigierte Aktionsbereich des Lösewerkzeuges noch innerhalb des Tragarmschwenkbereiches liegt, der durch die maximalen Tragarmschwenkwinkel bestimmt ist

Es ist aber auch möglich, die Sollwerte der Lösewerkzeugkoordinaten durch den Maschinenabweichungen entsprechende Signale und/oder durch den (^ Abweichungen entsprechende Verstellbewegungen eines den Laserstrahl aufnehmenden Empfängers und/oder der Schablone zu korrigieren.

Weiterhin können bei Abweichungen der Vortriebsmaschine automatisch gleich große und entgegengesetzt gerichtete Verstellbewegungen eines den Laserstrahl aufnehmenden Empfängers und/oder der Schablonc sowie den Verstellbewegungen des Empfängers entsprechende elektrische Korrektursignale ausgelöst werden, die die Sollwerte der Schablone beeinflussen und sie so verändern, daß der Aktionsbereich des Lösewerkzeuges stets an der richtigen Stelle deckungsgleich zum Querschnitt der herzustellenden Strecke liegt.

Zweckmäßigerweise lösen die Parallelverschiebungen und die Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine gegenüber dem Laserstrahl, die sich nur schwer erfassen lassen, Korrektursignale aus, während die leichter zu erfassenden Krängungen der Vortriebsmaschine Drehungen der Schablone oder einzelner Empfängerteile zur Folge haben.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann der Empfänger oder es können Teile des Empfängers durch den Laserstrahl und durch die Schwerkraft ausgerichtet werden, während die Schablone nur durch die Schwerkraft ausgerichtet wird.

Es empfiehlt sich, den Laserstrahl in zwei hintereinanderliegenden Empfängerebenen aufzunehmen und in der vorderen Empfängerebene Steuerimpulse auszulösen, die den Empfänger parallel zu sich selbst verschieben, bis der in der Flächenmitte liegende Auftreffpunkt der vorderen Empfängerebene im Laserstrahl liegt, und mittels des Laserstrahls in der hinteren Empfängerebene Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine zu erfassen. Auf diese Weise ist es möglich, alle Abweichungen der Vortriebsmaschine, gleichgültig, ob sie als Parallelverschiebungen und/oder als Winkelabweichungen gegenüber dem Laserstrahl und/oder als Krängungen gegenüber der horizontalen Streckensohle auftreten, festzustellen und den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges fortlaufend auf die geänderte Maschinenlage abzustellen.

Bei der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ausgegangen von einer Einrichtung zur Begrenzung der Verstellbewcgung eines an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Lösewerkzeuges auf den aufzufahrenden Streckenquerschniti, wobei die Lage des Streckenquerschnittes durch einen in Tunnellängsrichtung verlaufenden Laserstrahl bestimmt ist und eine dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt geometrisch ähnliche Schablone den Bewegungsbereich des Lösewerkzeuges begrenzt die ein die Sollwerte der Koordinaten des Lösewerkzeuges bildender Anschlag oder eine Reflektionslichtschranke abtastet. Gemäß der Erfindung zeichnet sich diese Einrichtung durch einen auf dem Gestell der Vortriebsmaschine angeordneten den Laserstrahl aufnehmenden, in der Vertikalen und ir der Horizontalen verstellbaren Empfänger aus, der mil zwei hintereinanderliegenden, zueinander parallelen dem Laser zugewandten Flächen ausgerüstet ist. wöbe die vordere Fläche vier, vorzugsweise quadratische, mil lichtempfindlichen Elementen besetzte Flächenab schnitte aufweist die in ihrem gemeinsamen Beruh rungspunkt dem Mittelpunkt der Fläche, eine derr Durchmesser des Laserstrahls entsprechende Bohrung besitzen, über je einen eigenen Verstärker gemeinsarr mit zwei Stellmotoren und über diesen nachgeschaltet« Winkelkodierer mit die Sollwerte dei Reflektionslicht schranke aufnehmenden Differenzverstärkern verbun den sind, und die bei auftretenden Abweichungen dei

Vortriebsmaschine unier dem Steuersignal des angestrahlten lichtempfindlichen Elementes beide Empfangerflachen parallel i'.u sich selbst verschieben, bis der Laserstrahl durch die Bohrung der vorderen Empfängerfläehc auf die hintere Empfängerfläche fallt, die gleichfalls mit lichtempfindlichen Elementen besetzt und deren angestrahltes lichtempfindliches Element ein den jeweiligen Winkelabweichungen entsprechendes elektrisches Signal den Differenzverstärkcrn zuleitet.

Zweckmäßigerweise ist die Stellgeschwindigkeit des Tragarmes der Vortriebsmaschine stufenlos einstellbar und der Stellgeschwindigkcit der Reflcktionsliehtschrankc direkt proportional. Infolgedessen ist nicht nur der Weg des Lösewerkzeuges der Vortriebsmaschine, sondern auch die Spulgeschwindigkeit des Tragarmes über die Reflektionsliehtschranke steuerbar und es laßt sich der harte, schlagartige Einlauf des Lösewerkzeuges in das anstehende Mineral, der unter Umständen die Vortriebsmaschine aus ihrer Sollagc vcrschicbl. vermeiden oder aber zumindest mildern.

Die mit lichtempfindlichen Elementen besetzten beiden Empfängerflächen bzw. der Flächenabschnitt der hinteren Empfängcrflächc bilden nach einem weiteren Erfindungsmerkmal an sich bekannte Leiterplatten. Durch diese Leiterplatten wird die Verbindung der einzelnen lichtempfindlichen Elemente mit den naehgeschaltcten elektronischen Einrichtungen erleichtert. Weiterhin können lic lichtempfindlichen Elemente der Flächenabschnitte der vorderen Empfängerfläche an den Flächenrändern und im Bereich der Bohrung der vorderen Empfängerfläche mit engem Abstand und im übrigen Bereich der Flächenabschnitte mit weitcrem Abstand voneinander angeordnet sein. Durch diese Maßnahme wird der Aufbau der vorderen Empfängerfläche vereinfacht und es werden lichtempfindliche Elemente eingesparl.

Die von der Relkktionslichtsehranke bzw. von dem Anschlag abgetastete und in ihrer Form dem Querschnitt der herzustellenden Strecke entsprechende, verstellbar gelagerte Schablone kann eine ihre Lage gegenüber dem Horizont sichernde, stabile Schwerpunktslage besitzen oder mit einer sie in diese Lage zurückführenden Stellvorrichtung verbunden sein, so daß sie frei bleibt, von etwa auftretenden Krängungen der Vortriebsmaschine.

Bei einer bevorzugten Form der Einrichtung sind die lichtempfindlichen Elemente auf der hinteren Empfängerfiäche zeilen- und spaltenförmig angeordnet oder umgeben hier einen vorzugsweise rechteckigen, mit horizontal gerichteten Längsseiten angeordneten Flachenabschnitt Auf einem sich mil seiner längeren Seite in der Horizontalen erstreckenden Flachenabschnitt lassen sich Abweichungen der Vortriebsmaschinenlage in der Horizontalen und auch Krängungen, die zweifellos häufiger auftreten und größer sind als Abweichungen in der Vertikalen, besser und vor allem genauer erfassen.

Bei einem Empfanger, der mit einem von lichtempfindlichen Elementen umrahmten, auf der hinteren Empfängerfläche befindlichen Flächenabschnitt ausgestattet ist. kann der auf die hintere Empfängerflache fallende Laserstrahl einen kreuzförmigen Querschnitt haben. Ein so geformter Strahl ist in der Lage, mit Hilfe der lichtempfindlichen Elemente der hinteren Empfängerflache nicht nur Abweichungen der Vortriebsmaschine aus der Horizontal- und Verükalebene. sondern auch Krängungen der Vortriebsmaschine, also Drehun- cen um die Längsachse der Vortriebsmaschine, /u erfassen und sie mit Hilfe eines Korrektursignals durch Verändern der Sollwertkoordinaten des Lösewerkzeuges auszugleichen. Eine drehbare Anordnung der Schablone zur Sollwerlkorrektur erübrigt sich hier. Dm einen Laserstrahl mit kreuzförmigem Querschnitt zu bilden, kann nach einem weiteren Erfindungsmerkmal der Sender oder der Empfänger des Laserstrahls mit einer im Strahl liegenden und mit einem kreuzförmigen Durchbruch ausgestatteten Blende ausgerüstet sein. Der so gebildete Strahl fällt im Bereich des Empfängers auf eine hinter der Bohrung der vorderen Empfängerfläehe angeordnete, den Laserstrahl steuernde Linse, die den Strahlqucrschnitt vergrößert und auf die Abmessungen des von lichtempfindlichen Elcmenten umrandeten Flächenabschnittes der hinteren Empfängercbenc bringt.

Da Krängungen der Vortriebsmaschine sich mit Hilfe des krcuzföi migen Laserstrahls nur ermitteln lassen, wenn entweder der Strahl selbst oder aber die hintere Empfängerfläehe oder der mn lichtempfindlichen Elementen besetzte Flachenabschnitt der hinteren Empfängerfläehe oder die dem Empfänger zugeordnete Blende unabhängig von der Krängung der Vortriebsmaschine bleibt, wird bei einer Einrichtung, bei der die den Laserstrahl formende Blende dem Empfänger zugeordnet ist, vorgeschlagen, die hintere Empfängerfläehe oder den von lichtempfindlichen Elementen umrandeten Flachenabschnitt der hinteren Empfängerflache oder die Blende selbst drehbar zu lagern und ihnen eine stabile Schwerpunktslage zu geben, um sie dadurch gegenüber dem Horizont festzulegen.

Die Matrix der auf der hinteren Empfängerfläehe angeordneten lichtempfindlichen Elemente gleicht nach einem weiteren Erfindungsmerkmal den Linsenfehler

3s aus, Dieser Fehler entsteht stets dann, wenn der Laserstrahl bei aus der Sollage abgewichener Vortriebsmaschine schief auf die Linse auftrifft und von ihr mehr oder weniger gebeugt wird.

Weiterhin ist ein mit den lichtemfpindliehen Elementen des Flächenabschnittes der hinteren Empfängerfläehe verbundener, den Bogenfchlcr des Tragarmes und den Fehler der Vcrstcllbewegung der vorderen Empfängerfläehe ausgleichender Zähler vorgesehen. Der durch den Zähler ausgeglichene Bogenfehler entsteht dadurch, daß das Lösewerkzcug sich auf einer etwa kartenförmigen Fläche bewegt, während die Reflekiionslichtschranke sich auf der ebenen Schabloncnfläche bewegt. Infolgedessen bestehen zwischen den Koordinaten des Löscwerkz.euges und den Koordinaten

5" der Reflektionslichischranke. vor allem in dem Randbereich der Schablone, gewisse Unterschiede, die der Zahler mit seinem Ausgangssignal kompensiert. Weiterhin wird durch den Zähler auch der Fehler ausgeglichen, der sich ergibt, wenn die Vortriebsmaschine parallel

SS vom Laserstrahl abweicht und sich gleichzeitig mit ihrer Längsachse gegenüber dem Laserstrahl neigt. Mit dei Vortriebsmaschinenlage ändert sich auch die Lage de; Empfangers, da er an allen Vortriebsmaschinenbcwe gungcn teilnimmt. Infolgedessen verläuft seine Verstell bewegung, die die Bohrung der vorderen Empfängcrflö ehe wieder in den Laserstrahl bringt, in einer Ebene, dii um das Bogenmaß der Winkelabweichung schic gegenüber dem Querschnitt der aufzufahrenden Streck liegt. Der Stellweg und damit das ihm proportional

<>< Ausgangssignal des Empfängers ist daher, wenn di Längsachse der Vortriebsmaschine nicht parallel zur Laserstrahl liegt, stets größer als der kleinste rechtwinl· lig zum Laserstrahl gemessene Abstand zwischen dt

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Bohrung der vorderen Empfängerflache und dem Strahl und damit größer als die tatsächliche Parallelabweichung der Vortriebsmaschine. Auch dieser Fehler, der vom Bogenmaß des Abweichungswinkels abhängt, wird durch den Zähler ausgeglichen.

Der Bogenfehler des Tragarmes tritt unabhängig son der jeweiligen Abweichung der Vortriebsmaschine aus ihrer Sollage auf und erreicht seinen Größtwert in den Randbereichen der Ortsbrust, wenn der Tragarm am weitesten in der Horizontalen oder in der Vertikalen ausgeschwenkt ist. Deshalb müssen auch die beiden den Winkelkodierern des Empfängers nachgeschalteten Zähler so ausgebildet sein, daß sie den Bogenfehler des Tragarmes ausgleichen können, und zwar stets dann, wenn der Zähler der hinteren Empfäng'^vrfläche kein korrektursignal liefert. Darüber hinaus ist auch die Schablone mit den Bogenfehler ausgleichenden Konturen versehen, so daß selbst dann, wenn die Vortriebsmaschine ihre Sollage einnimmt und weder die vordere noch die hintere Empfängerfläche Abweichungen anzeigen, der Bogenfehler ausgeglichen wird.

Um mit einer so ausgerüsteten Vortriebsmaschine auch einen horizontal oder vertikal abgeknickten Streckenabschnitt auffahren zu können, ist das in seiner Ursprungslage durch den Mittelpunkt des mit lichtempfindlichen Elementen besetzten Flächenabschnities der hinteren Empfangerfläche verlaufende Koordinatensystem in der Horizontalen und in der Vertikalen verstellbar angeordnet. Der Bedienungsmann der Vortriebsmaschine kann infolgedessen den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges, der auf eine der Schablone geometrisch ähnliche, aber größere Flache - der Ortsbrust — begrenzt ist, senkrecht und horizontal verschieben. Das kleinste Verschiebem.iß des Aktionsbereiches des Lösewerkezuges wird durch das Raster maß der lichtempfindlichen Elemente oder durch ein ganzzahliges Vielfaches dieses Rastermaßes, also der Matrix, bestimmt. Die Vortriebsmaschine kann folglich den abgeknickten Streckenabschnitt stufenförmig auffahren, wenn nach jedem durch ihre Schnittiefe bestimmten Abbauschritt das Koordinatensystem um eine Teilung, also je nach der gewünschten Abknickung um ein Rastermaß oder um ein ganzzahliges Vielfaches des Rastermaßes, weiter verstellbar wird. Der abgeknickte Streckenabschnitt wird daher von ein/einen Stufen gebildet, die je nach der Richtung der Abknickung in der Horizontalen und/oder in der Vertikalen zueinander verset/.t sind.

Es ist aber auch möglich, anstelle des Koordinatensystems die hintere Empfängerfllche bzw ihren nut lichtempfindlichen Elementen besetzten Flächenabschnitt /u verstellen und dadurch der. gleichen Effekt /u er/iclen. Ferner kann auch anstelle des Koordinatensystems oder der hinteren Empfängerfläche bzw des mn lichtempfindlichen Elementen besetzten Flächenabschnittes die Schablone oder gar die ganze Anzeigevorrichtung in ihrer Ebene verschiebbar angeordnet sein, um mit Hilfe einer entsprechenden Verschiebung der Schablone bzw. der Anzeigevorrichtung einen gegenüber dem bisherigen StreckenverlauF abgeknickten Streckenabschnitt stufenförmig in der Horizontalen und/oder in der Vertikalen auffahren zu können.

In allen Fällen muß aber, wenn die Vortriebsrichtung genau in der abgeknickten Stunde gehalten werden soll, stets die Stufentiefe konstant bleiben. Dazu ist eine den Fahrweg der Vortriebsmaschine messende Vorrichtung vorhanden.

Außerdem ist die Einrichtung nach der Erfindung mit

einer die Parallelabweichungen und einer die Winkelab weichungen der Vortriebsmaschine anzeigenden Pro jektionsfläehe versehen, von denen eine mit der Stellgliedern des Empfängers und die andere mit der lichtempfindlichen Elementen des Flächenabschnitte der hinteren Empfängerfläche \erbunden ist. Auf dieser Empfangerflächen, die mit einer kreuzförmig angeord noten, horizontalen und vertikalen Reihe von Leucht dioden besetzt sind, erscheint sowohl während des

ίο Betriebes der Vortriebsmaschine, also bei der L.osear beil, als auch beim Verfahren der Vortriebsmaschine fortwährend ein Signal, das den Bedienungsmann über den genauen Maschinenstandort und die Winkelabweichung in bezug auf den Laserstrahl informiert, und ihn dadurch in die Lage versetzt, die Vortriebsmaschine möglichst genau in ihre Sollage zu fahren.

Anhand der Figuren und der Zeichnungsbeschreibung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Ls zeigt

Fig. I eine im Streckenvortrieb eingesetzte Vor triebsmaschine im Grundriß.

Fig. 2 den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung, in Form eines Blockschaltbildes.

Fig. 3 eine der F i g. 2 entsprechende Abbildung eines anderen Ausführungsbeispiels.

F1 g. 4. 5 und b Einzelheiten der Einrichtung. Fig. 7 Vortriebsmaschine und die aufzufahrende Strecke im Grundriß.

Die Vortriebsmaschine I ist mit ihrem Raupenfahrwerk 2 auf der Streckensohle 3 verfahrbar. Sie lost mit ihrer an einem allseitig schwenkbaren Arm 4 gelagerten Schrämwalze 5 die Ortsbrust 6 der Strecke 7. nimmt das dabei anfallende Haufwerk mit ihrer Ladevorrichtung 8 auf und übergibt es einem Fördermittel 9. das in Sireckenlängsrichtung verlegt ist. Die Achse 10 bildet die horizontale Schwenkachse und die Achse 11 die vertikale Schwenkachse des Tragarmes 4 der Schrämwalze 5. Nicht dargestellte Stellzylinder, die doppolseilig beaufschlagbar sind, leiten die Verstellbewegung in den Tragarm 4 ein und führen die Schrämwalze 5 tiber die ganze Ortsbrust β der aufzufahrenden Strecke 7. Beide Schwenkachsen 10, 11 stehen mit je einem Winkelkodierer 12 bzw. 13 in Verbindung, so daß sich jede ihrer .Schwenkbewegungen dem zugeordneten Winkelkodierer 12 bzw. 13 mitteilt und ihn zur Abgabe elektrischer Impulse veranlaßt, deren Anzahl dem jeweiligen Trugurmschwcnkwinkcl direkt proportional ist. Zähler 14, IS wandeln diese Impulse in ein analoges

S" Signal um, das vor dem Eingang der Differenzverstärker 16,17 als Istwert der SchrSmwalzenkoordinaten ansteht und hier mit einem elektrischen Sollwert verglichen wird. Auftretende Sollwert- Istwertabweichungen korn gieren über die clekirohydraulischen Steuerelemente

SS 18,19 des Tragarmes 4 dir !.agc der Schrämwalze 5 und führen sie in ihre Sollage.

Die Vortriebsmaschine 1 besitzt auf ihrem Steuer stand eine Anzeigevorrichtung 20. auf deren Flüche 21 das verkleinerte Profil des aufzufahrenden Strecken qucrschnittes, beispielsweise in Form einer Schablone 22 oder auch einer Zeichnung, aufgetragen ist. Eine mittels zweier Stellmotoren 23, 24 über die ganze Flache 2t bewegbare Rcflcktionslichtschranke 23 tastet das Schabloncnprofil ab. Sie erzeugt über Winkelkodic

rer 26,27, die die Stcllwcgc der beiden Stellmotoren 23, 24 messen, und über Zahler 28,29 den Koordinaten der Rcflcktionslichtschranke 25 entsprechende, analoge Signale, die den Differenzverstärkern 16. 17 zusehen

und die Sollwerte der Schrämwalzenkoordinaten darstellen. Die Schrämwalze 5 muß daher stets der vom Bedienungsmann über die Schablonenfläche geführten Rellektionslichtschranke 25 folgen und kann infolgedessen nur einen dem Schablonenprofil ähnlichen, jedoch größeren Querschnitt bestreichen. Sie ist aber nicht in der Lage, den Bereich der Ortsbrusi 6 zu verlassen, da die Reflektionslichtschranke 25. sobald sie über das Schablonenprofil hinauswandelt, kein Ausgangssignal mehr liefert und damit jede über den Rand der Onsbrust hinausgehende weitere Schwenkbewegung der Tragarme 4 unterbinden würde. Beide Stellmotoren 23, 24 werden vom Bedienungsmann der Vortriebsmaschine I über die Handbetätigung 30 im gewünschten Sinn gesteuert. Sie bestimmen nicht nur die Bewegungsrichtung der Reflektionslichtschranke 25, sondern auch deren .Stellgeschwindigkeit und über eine nicht dargestellte Nachlaufsteuerung, die die Tragarmstellzylinder steuert, neben der Bewegungsrichtung auch die Stellgeschwindigkeit des Tragarmes 4 der Vortriebsmaschine 1. Mit der Stellgeschwindigkeit der Reflektionslichtschranke 25. die sich mit I lilfe der in ihrer Drehzahl stufenlos veränderbaren Stellmotoren vom Bedienungsmann der Vortriebsmaschine einstellen IaBt, paßt sich daher auch die Tragarmbewegung in ihrer Geschwindigkeit der Reflekiionsliehtschrankengesehwindigkeit an, so dall die Schrämwalze 5 allmählich in das Mineral der Ortsbrusi 6 eingefahren werden kann.

Die Anzeigevorrichtung 20 begrenzt nur den Aktionsbereich der Schrämwalze 5 auf den durch die Schablone 22 vorgegebenen Streekenquerschniu. Allem ist sie nicht in der Lage, Verdrehungen der Vortriebsmaschine I gegenüber der Sireckenlängsrichtimg oder Maschinenbewegungen quer zur Streckenlängsrichtung festzustellen oder gar den Aktionsbereich tier Schrämwalze 5 so z.u korrigieren, daß er derartige l.agenabweichungcn der Vortriebsmaschine ausgleicht

Im folgenden sollen unter l'ar.illelabweichungen Seitenverschiebungen der zum Laserstrahl Ib parallel stehenden Vortriebsmaschine 1 und unter Winkelabweichiingcn Neigungen der Vortriebsmaschinenlängsachsc gegenüber dem Laserstrahl verstanden werden, wahrend Krängungen Drehungen der Vortriebsmaschine 1 um ihre Längsachse sind. Diese Abweichungen können wahrend des Betriebes einzeln oiler auch zusammen auftreten.

Um Winkelabweichungen festzustellen, wird gemäß der Erfindung eine weitere Hinrichtung, und zwar ein Empfänger 31, benutzt, dessen vordere Stirnfläche 52 in vier gleiche Quadrate a. b. c, ü unterteilt ist Die benachbarten, ancinandcrgrcn/cndcn Quadraiflachen sind uls Leiterplatten ausgebildet und durch eine Zwischenlage 33 lichtundurchlässig voneinander ubge schirmt sowie mit Fototransistoren 34 oder I oto/cllcn bzw. Fotodioden bestückt, die reihen- und spulienforinig angeordnet, also beispielsweise in waagerechten und senkrechten Zeilen bzw. Spalten, mit gleichem Raster maß angebracht und durch eine das einfallende Licht streuende Scheibe 35 abgedeckt sind. Da der Lichtstrahl durch die Scheibe 35 gestreut wird und mit großem Durchmesser auf die Leiterplutten uuftriffi, können die Fotodioden mit größerem Abstand voneinander uuf den Flachen u, b, c. (/angeordnet sein.

Als Lichtquelle dient der Lnser 37 (Sender), dessen Strahl 36 uuf die Stirnfläche 32 des Empfängers 31 füllt Er ist in dem bereits aufgefahrenen Streckenabschnitt aufgestellt und entsprechend dem Strcckcnvcrluuf ausgerichtet (F ig. I). Der scharf gebündelte Laserstrahl 36 von etwa Ib mm Durchmesser, der eine feste, parallel zur Streckenlängsrichtung verlaufende Be/ugslime bildet, fällt in der Sollage der Vortriebsmaschine 1 auf den Mittelpunkt der Stirnfläche 32. Durch eine dem Strahldurchmesser entsprechende Bohrung 58 tritt er in das Innere des Gehäuses 39 des Empfängers ?t ein und trifft hier auf den Mittelpunkt 40 tier hinteren Gehäusewand 41. wenn die Vortriebsmaschine I ihre Sollage einnimt. in der sie keine Winkelabweichungen

ίο und keine Parallelabweichungen gegenüber dem Strahl 36 des Lasers 37 und daher die vorgesehene Höhenlage und den richtigen Seitenabstand z.u ilen .Streckenstoßen 42 hat. Auch die hintere Gehäusewand 41 ist mit Fotodioden 43 oder Fototransistoren bzw. Fotozellen

is besetzt, und zwar auf einem rechteckigen, sich mit seiner größten Ausdehnung in der I lorizontalen. um den Mittelpunkt 40 herum erstreckenden Flächenabschnitt

44. der gleichfalls als Leiterplatte ausgebildet ist.

Die Fotodioden 34 eines jeden Quadrates .( bis J der Stirnfläche 32 sind mit einem gemeinsamen Verstärker

45, 4b, 47, 48 verbunden, die die beiden Stellmotoren 49, 50 steuern. Der Stellmotor 49 verstellt das Gehäuse 39 des Empfängers 31 in der Vertikalen, entsprechend der Richtung des !Doppelpfeiles 51, während der Stellmotor

i<, 50 das Gehäuse 39 in der Hori/ontalen. also entsprechend der Richtung des Doppelpfeiles 52. verstellt. Winkelkodierer 53, 54 und ihnen nachgeschallete Zähler 55, 5b messen die Drehbewegung der beiden Stellmotoren 49, 50 und versorgen die beiden Differenzverstärker 16, 17 nut einem Korreklursignal. das die von den Zählern 28, 29 ausgehenden Sollwertsignale verändert.

Auch die Fotodioden 43 der hinteren Gehausewand 41 sind über einen Zähler 57 mn den beiden Differenzverslärkern 16, 17 verbunden und fuhren ihnen, wenn der Laser 37 sie anstrahlt, gleichfalls ein Korrektursignal zu, das die Abweichung des Laserstrahls vom Mittelpunkt 40 des Flächenabschnittes 44 wiedergibt und damit die Winkelabweichungen der Vortriebsmaschinenlängsachsc vom Laserstrahl Jb festhalt.

Die Bewegungsebene der Schrämwalze 5 wölbt sah etwa kalotlenformig in das anstehende Mineral hinein. während die Sehaolone 22, auf der sich die Rellektions lichtschranke 25 bewegt, nur den verkleinerten, ebenen Streckenquerschnitt wiedergibt. Die Schablone 22 kann infolgedessen im Bereich der .Streckenkonturen, wo der Tragarm 4 am weitesten seitlich und gegebenenfalls auch in der Hohe oder nach unten ausschwenkt, mit Hilfe der Reflektionslichtschranke 25 nur von der tatsächlichen Wal/enlagc mehr oder weniger ubwei chende Sollwerte liefern. Um den dadurch besonders im Bereich der Sireckenkonturen auftretenden Bogenfch lcr auszugleichen, sind die Konturen der Schablone 22

SS so geformt, daß sie diesen Bogcnfchlcr unterdrucken Außerdem wird über auch d^;e Änderung des Bogenfeh lcrs ausgeglichen, die entsteht, wenn die Vortriebsma schinc I aus ihrer Sollagc abgewichen ist. Duzu werdet sowohl die beiden Zahler 55, 56. über die der Differen/.vcrstürkcrn 16,17 dus bei Verstcllbcwcgunger des Empfängers 31 erzeugte Korrcktursignal zugeht, uli auch der Zahler 57 benutzt, der ein der Winkelabwci chung der Vortriebsmaschine 1 entsprechendes Korrck tursignul liefert. Alle drei Zähler 55, 56, 57 Überlagert

Aj bei Maschinenabweichungen einzeln oder gcmcinsan die von der Reflektionslichtschranke 25 erzeugtet Sollwerte mit einem auch die Änderung des Bogenfeh lcrs ausgleichenden Korreklursignal; d. h.. sie passen du

mit Hilfe der Schablone 22 bereits .-,rfolgte Korrektur des Bogenfehters der jeweiligen Maschinenabweichung an.

Weiterhin berücksichtigt das Ausgangssignal des Zählers 57 aber auch den Fehler, der bei der Bewegung der beiden Stellmotoren 49, 50 entsieht, wenn die Bewegung der Empfängerfläche 32 schräg zum Laserstrahl 36 liegt. Eine solche Situation ergibt sich immer dann, wenn Winkelabweichungen auftreten, also die Maschinenlängsachse gegenüber dem Laserstrahl 36 geneigt ist. Da auch der Empfänger 31 Bestandteil der Vortriebsmaschine 1 ist und an den Bewegungen der Vortriebsmaschine teilnimmt, steht auch er schräg zum Laserstrahl. Infolgedessen bewegt seine vordere Stirnfläche 32 sich bei der Verschiebebewegung der Siellmoloren 49, 50. die die Bohrung 38 wieder in den Laserstrahl 36 zurückführt, nicht rechtwinklig zum Strahl 36. sondern um den Abweichungswinkel geneigt, so daß der Stellweg tatsächlich größer ist als die kürzere rechtwinklige Entfernung vom Laserstrahl 36.

Ändert die Vortriebsmaschine 1 beim Vorrücken auf die Ortsbrust 6 ihre Lage gegenüber dem Laserstrahl 36. indem sie sich einem der beiden Streckenstöße 42 nähert und/oder nicht mehr parallel zum Laserstrahl 36 steht, so fällt der Strahl, je nach Lage der Vortriebsmaschine Lauf eines der vier Quadrate a bis d. Hier regt er die bestrahlten Fotodioden 34 zur Abgabe eines Signals an und steuert mit diesem Signal über den jeweiligen Verstärker 45 bis 48 beide Stellmotoren 49,50 derart an. daß sie das Gehäuse 39 in eine Lage rücken, in der der Laserstrahl 36 wieder auf die Bohrung 38 der Gehäusestirnfläche 32 und dann auch, im Gchäuseinnern. wieder auf den mit Fotodioden 43 besetzten Flächenabschnitt 4 autlrifft. Es liegt jetzt die Bohrung 38 zwar im Strahl 36 des Lasers 37, trotzdem liegt aber das Gehäuse 39 mit seinen Längskanten nicht parallel zum Laserstrahl, wenn auch Winkelabweichungen Ursache eier Gehäusebewegung waren. Das Gehäuse befindet sich nach dieser Korrektur nur dann in einer Lage, in der der Laserstrahl 36 auf den Mittelpunkt 40 des Fiächenabschniltes 44 fällt, wenn die Vortriebsmaschine 1 parallel zum Laserstrahl 37 liegt. Liegt sie dagegen nicht parallel zum Laserstrahl, so wird, je nach Schräglage, eine der außerhalb, also seitlich und/oder unterhalb oder oberhalb des Mittelpunktes 40 liegenden Fotodiode 43 angestrahlt und dadurch ein der jeweiligen Winkelabweichung entsprechendes Korrektursignal ausgelöst. In dieser Situation wird das den beiden Differenzverstärkern 16,17 zugehende Sollwertsignal entweder nur durch die dem Verstellweg des Gehäuses 31 proportionalen Ausgangssignak der Zähler 55,56 korrigiert — wenn nur Parallelabweichungen der Vortriebsmaschine vorliegen — oder aber die Ausgangssignale der Zähler 55, 56 und das Ausgangssignal des Zählers 57 korrigieren gemeinsam das den beiden Differenzverstärkern 16,17 zugehende Sollwertsignal, wenn neben der Parallelabweichung der Vortriebsmaschine auch die Vortriebsmaschinenlängsachse eine Winkelabweichung gegenüber dem Laserstrahl 36 aufweist. Mit dieser Korrektur ist, wie vorstehend beschrieben, stets eine Korrektur des Bogenfehlers verbunden. Der Aktionsbereich der Schrämwalze 5 wird daher einerseits durch die Korrektursignale so weit reduziert und andererseits um ein solches Maß erweitert, daß das von der Schrämwalze 5 geschnittene ⁽>5 Streckenprofil seine Lage gegenüber dem Laserstrahl 36 beibehält.

Eine in dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 2 vorhandene elektrische Neigungswaage 58 korrigiert ständig den Aktionsbereich der Schrämwalze 5 derart, daß die Sohle des von ihr geschnittenen Streckenprofils auch quer zur Sireckenlängsrichtung horizontal liegt. Diese elektrische Neigungswaage 58 löst, falls Krängungen der Vortriebsmaschine 1 auftreten, ein Signal aus und steuert über den Verstärker 59 den Stellmotor 60 an, der die Anzeigevorrichtung 20 oder die Schablone 22 um die Achse 61 schwenkt und sie horizontal einstellt. Auch hier wird der Stellweg des Stellmotors 60 von einem Winkelkodierer 62 gemessen und über den Zähler 63 ein Signal ausgelöst, das zum Abgleichen des Verstärkers 59 dient. Nach dieser Korrektur liegt die Profilunterkante der Schablone 22 und damit auch der Schwenkbereich des Tragarmes 4 und somit die Unterkante der von der Walze 5 zu bearbeitenden Ortsbrust 6 waagerecht.

Sowohl die beiden Zähler 55, 56. die ein der Stellbewegung des Gehäuses 39 proportionales Signal abgeben, als auch der Zähler 57, der ein der Abweichung des Laserstrahls 36 vom Mittelpunkt 40 des Flachenabschnittes 44 proportionales Signal lieiert, geben ihre Ausgangssignale an Projektionsflächen 64, 65 weiter. die mit je einer kreuzförmig angeordneten horizontalen und vertikalen Reihe von Leuchtdioden 66 besetzt sind. Die jeweils vom Zahler 55, 56 bzw. vom Zähler 57 angesteuerten Dioden 66 leuchten auf und /eigen dadurch dem Bedienungsmann Abweichungen der Maschinenlage aus der Sollage an. die durch den Schnittpunkt der beiden Leuchtdiodenreihen bestimmt ist. Beim nächsten Vorrücken kann — da die Richtungssteuerung auch beim Fahren der Vortriebsmaschine 1 in Betrieb ist und die jeweilige Vortriebsmaschinenstcllung angibt — daraufhin der Bedienungsmann die Vortriebsmaschine 1 mehr in Richtung ihrer Sollage fahren, in der der Schwenkbereich des Tragarmes 4 etwa in der Mitte des herzustellenden Streckenprofils liegt.

Beide Zähler 55,56 und auch der Zähler 57 sind mit je einem Grenzwerteinsteller 67, 68, 69 verbunden, die, soweit sie den Zählern 55, 56 zugeordnet sind, je zwei Grenzwerteinstellungen haben, da sie nur in einer Richtung, und zwar in der Vertikalen oder in der Horizontalen liegende Verstellbewegungen des Gehäuses 39 begrenzen, während der Grenzwerteinsteller 69 des Zählers 57, der Abweichungen des Laserstrahls aus der Mitte 40 des Flächenabschnittes 44 registriert, vier Grenzwerteinstellungen besitzt. Mit Hilfe dieser Grenzwerteinstellungen, die jede weitere Tfagarmbewegung über den durch sie eingestellten Wert hinaus unterbinden, kann der Aktionsbereich des Tragarmes 4 im Bedarfsfall willkürlich verkleinert werden.

Die Nullpunkteinstellung 70 dient düzu, die Anzeigevorrichtung 20 vor Beginn der eigentlichen Vortriebsarbeit gegenüber dem Laserstrahl 36 einzustellen. Dazu wird der Arm 4 der Vortriebsmaschine 1 in seine horizontale Lage gebracht, und zwar von Hand, mil Hilfe des elektro-hydraulischen Steuerlementes 19. und auch von Hand, mit Hilfe des elektro-hydraulischer Steuerelementes 18. in Richtung der Maschinenlängs achse eingestellt. Die Anzeigevorrichtung 20, dei Empfänger 31 und die elektrische Waage 58 sine ausgeschaltet. Der Empfänger 31 liegt in diesel Situation mit seiner Längsachse genau parallel zui Längsachse der Vortriebsmaschine 1 sowie in einer al: Nullage fixierten Höhenlage, in der beide Winkelkodie rer 53, 54 keine Abweichungen aus der Sollage de Empfängers 31 anzeigen. Außerdem befindet sich de

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Empfänger selbst genau in der Mitte seines Stellbereiches. In diese ausgerichtete Lag« wird er mit Hilfe der Nulljustierung gebracht, die zum Grenzwerteinsieller 69 gehört. Mit ihrem so eingerichteten Empfänger 31 fährt die Vortriebsmaschine 1 anschließend in eine Lage, in der der Strahl 36 des mit Hilfe geodätischer Mittel ausgerichtelen Lasers 37 auf eines der Quadrate a bis d des Empfängers 31 fällt. Die Refleklionslichlschranke 25, die durch Drücken der Nullpunkteinstellung 70 über die Stellmotoren 23,24 mit dem Punkt λ¹ der Fläche des Schablonenprofils in Gleichstellung gebracht wird, besitzt jetzt Koordinaten, die den Koordinaten der Schrämwalze 5 genau proportional sind. Wird jetzt die Steuerung eingeschaltet, so stellt die elektrische Neigungswaage 58, da die Vortriebsmaschine 1 nur in Ausnahmefällen frei von Krängungen stehen wird, die Schablone 22 genau horizontal ein, indem sie mit Hilfe des Stellmotors 60 die Anzeigevorrichtung 20 um die Achse 61 dreht und die Schablonenunterkante in eine Horizontallage bringt. Gleichzeitig läuft auch das Gehäuse 39, vom Strahl des Lasers 37 gesteuert, in eine Lage, in der der Laserstrahl 36 durch die Bohrung 38 der Gehäusestirnfläche 32 in das Gehäuseinnere eintritt. Hier fällt er jetzt je nach Große der augenblicklichen Winkelabweichung der Vortriebsmaschine 1 auf eine der Fotodioden 43 des Flächenabschnittes 44. Die Korrekturbewegung der Anzeigevorrichtung 20 sowie der Stellweg des Empfängers 31 und die vom Laser 37 angestrahlte Fotodiode 43 bestimmen jetzt die Korrektursignale, die den durch die Stellung der Reflektionslichtschranke 25 vorgegebenen Sollwert der Lösewerkzeugkoordinaten beeinflussen. Sie engen einerseits den Aktionsbereich des Tragarmes 4 der Vortriebsmaschine 1 ein und erweitern ihn andererseits derart, daß dieser korrigierte Aktionsbereich genau deckungsgleich zum herzustellenden Streckenquerschnitt liegt.

Weiterhin ist auch eine .Sollwertbegrenzung 71 vorgesehen, die ein über das zulässige Maß hinausgehendes Anwachsen des Sollwertes durch die Korrektursignale verhindert.

In dem Ausführungsbeispiel nach der Fig.3 wird auch die Krängung der Vortriebsmaschine 1 mit Hilfe des Laserstrahls 36 ermittelt und eine diese Krängung ausgleichendes Korrektursignal erzeugt. Dazu besitzt, wie in der Fig.4 dargestellt, das Gehäuse 39 des Empfängers 31 unmittelbar hinter der Bohrung 38 der Gehäusestirnfliiche 32 eine Linse 72, die eine mit einem kreuzförmigen Durchbruch ausgestattete Blende 74 aufweist. Der in die Bohrung 38 einfallende und mit Hilfe der Blende geformte Laserstrahl 36 wird durch die Linse 72 so stark gestreut, daß auf dem Flächenabschnitt 44 der hinteren Gehäusewand 41 ein sich über dessen Höhe und Breite erstreckendes Lichtkreuz 75 auftrifft. Dieses Lichtkreuz 75 hat einen senkrechten und einen waagerechten Balken, die, wenn die Vortriebsmaschine 1 keine Lagen- und Winkelabweichungen gegenüber dem Laserstrahl 37 aufweist, genau mit den beiden rechtwinklig zueinander liegenden Symmetrieebenen des Flächenabschnittes44 zusammenfallen.

Im Gegensatz zu dem Flächenabschnitt 44 des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 2, der mit zeilen- und spaltenförmig angeordneten Fotodioden 43 besetzt ist, sind bei dem Flächenabschnitt 44 in dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 nur die Ränder mit Fotodioden 43 bestückt. Der Abstand dieser Fotodioden 43 und der Fotodioden 43 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels ist so gewählt, daß der optische Fehler der Linse 72 ausgeglichen wird, der durch den sich mit der Maschinenlage ändernden Einfallswinkel des Laserstrahls 36 entsteht. Die bei Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine auf dem Flächenabschnitt 44 vom Strahl des Lasers 37 gebildeten Korrektursignale passen daher stets die durch die Stellung der Rcflektionslichtschranke 25 vorgegebenen Sollwene der Lösewcrkzeugkoordinaten der augenblicklichen Vortriebsmaschinenlage an und hallen die Schrämwalze 5 innerhalb des in der Sollage liegenden Streckenquer schnittes.

Da der Laserstrahl 36 in Form eines Kreuzes 75 auf den Flächenabschnitt 44 der hinteren Wand 41 des Empfängers 31 auftrifft und mit den Enden seiner beiden Balken je eine der den Flächenabschnitt 44 umgebenden Fotodioden 43 anstrahlt, erfaßt er mit dem senkrechten Balken nicht nur Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine 1 in der Horizontalen, sondern mit seinem horizontalen Balken auch die in der Vertikalen auftretenden Winkelabweichungen und darüber hinaus mit beiden Balken des Lichtkreuzes 75 auch Krängungen der Vortriebsmaschine 1. also Drehungen um die Vortriebsmaschinenlängsachse. Korrekturen der Schablonenlage sind bei dieser Ausführung überflüssig, da die kreisförmige, drehbar gelagerte Fläche 76, auf der sich der Flächenabschnitt 44 befindet, durch das Gewicht 43 stets so gehalten wird, daß der Flächenabschnitt 44 horizontal liegt. Es erübrigt sich daher in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrische Neigungswaage, und weiterhin erübrigen sich hier auch die dieser Waage zugeordneten Stell- und Steuerglieder.

Um nut möglichst wenigen Fotodioden 34 auf der vorderen Empfängerfläche 32 eine Stellbewegung des Empfängergehäuses 39 auszulösen, die die Bohrung 38 in den Laserstrahl 36 bringt, kann die Fläche 32 au;h, entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach der F 1 g. b. mit Fotodioden 34 bestückt werden. In diesem Ausführungsbeispie! sind nur die Ränder der quadratischen Flächenabschnitte a bis c/dicht mit Fotodioden 34 besetzt; auch der Umfang der Bohrung 38 ist dicht von Fotodioden 34 umgeben. Das Innere der Flächenabschnilte a bis d trägt dagegen nur wenige, mit größeren Absländen voneinander angeordnete Fotodioden 34, von denen aber in jedem Fall eine von dem gegebenenfalls auftreffenden und durch die Scheibe 35 (F i g. 2 und 3) gestreuten Laserstrahl 36 erfaßt wird. Sie löst, wenn es sich um eine der nicht auf den beiden zueinander rechtwinkligen Symmetrieebenen der Stirnfläche 32 befindlichen Fotodioden 34 handelt, stets eine Stellbewegung beider Motoren 49, 50 des Gehäuses 39 aus, und zwar derart, daß die beiden mit gleicher Stellgeschwindigkeit arbeitenden Motoren 49, 50 die Bohrung 38 der Fläche 32 in den Laserstrahl 36 bringen. Dabei verschiebt der Stellmotor 49 das Gehäuse 39 in der Vertikalen, bis die in der horizontalen Symmetrieebene der Fläche 32 liegende Diodenreihe vom Strahl des Lasers 37 getroffen wird, und der Stellmotor 50 das Gehäuse 39 in der Horizontalen, bis der Laserstrahl 36 auf die Fotodioden der durch die Bohrung 38 verlaufenden senkrechten Diodenreihe trifft. Die daraus resultierende Bewegung des Gehäuses 39 verläuft daher stets in Richtung der Pfeile 78. und zwar in Abhängigkeit davon, welcher der quadratischen Flächcnabschnittc α bis d vom Strahl getroffen wird. Die resultierende Bewegung geht, wenn die Bohrung 38 auf diesem Wege vom Laserstrahl nich erreicht werden kann, in eine nur horizontale Bewegung über, wenn der Laserstrahl 36 zuerst auf die in der horizontalen Symmetricebene der Fläche liegenden Fotodioden 34 auf triff ι oder aber er

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geht in eine senkrechte Bewegung über, wenn der Laserstrahl 36 zuerst die in der vertikalen Symmetrieebene der Fläche 32 angeordneten Fotodioden erreicht. In beiden Fällen wird das Gehäuse 39 so weitergeführt, daß der Laserstrahl 36 auf die Bohrung 38 fällt und die s Stellbewegung des Gehäuses 39 durch den Fotodiodenkranz, der die Bohrung 38 umgibt, abgebremst.

Die vorgeschlagene Einrichtung gestattet es, auch mit der Vortriebsmaschine 1 unter einem bestimmten Winkel gegenüber dem bisherigen Streckenverlauf abgeknickten Streckenabschnitte aufzufahren. Dazu sind die durch den Mittelpunkt 401 des Flächenabschnittes 44 der hinteren Empfängerfläche verlaufenden Koordinaten verstellbar, und zwar in der Horizontalen und auch in der Vertikalen. Verschiebt der Bedienungsmann der Vortriebsmaschine 1 dieses Koordinatensystem oder aber ansteile des Koordinatensystems die hintere Empfängerfläche 41 bzw. den ihr zugeordneten, mit Fotodioden 43 besetzten oder umrandeten Flächenabschnitt 44 um eine Diodenteilung, beispielsweise in der Horizontalen, so verschiebt sich auch der Aktionsbereich der Schrämwalze 5 entsprechend und damit auch die Lage des Streckenquerschnittes. Der jetzt gelöste und durch die Schnittiefe der Vortriebsmaschine 1 bestimmte Abbauschritt liegt daher um ein der Diodenteilung entsprechendes Maß seitlich versetzt gegenüber dem bisher aufgefahrenen Streckenabschnitt. Wiederholt man diese Koordinatenverschiebung um den gleichen Betrag, so liegt der folgende Abbauschritt um den gleichen Betrag versetzt zu dem vorhergehenden Abbauschritt und es entsteht der in der Fig.6 dargestellte Streckenabschnitt 77, der einer stufenförmigen Verlauf hat. Die Tiefe der Stufen kanr durch die Schnittiefe der Vortriebsmaschine 1 beeinflußt werden. Es ist aber auch möglich, die Vortriebsma schine, und zwar das Fahrwerk, mit einer den Fahrweg der Vortriebsmaschine 1 messenden, nicht dargestellter Vorrichtung auszustatten, um die Tiefe des Abbauschrit tes auf einen bestimmten Wert begrenzen zu können.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Begrenzung der Verstellbewegung eines an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Lösewerkzeuges auf den aufzufahrenden Streckenquerschnitt, dessen Lage durch einen in Tunnellängsrichtung verlaufenden Laserstrahl bestimmt wird, wobei der Bewegungsbereich des Lösewerkzeuges durch eine dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt to geometrisch ähnliche Schablone begrenzt wird, die durch einen die Sollwerte der Koordinaten des Lösewerkzeuges bildenden Anschlag oder eine Reflektionslichtschranke abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Anschlag bzw. der Reflektionslichtschranke (25) vorgegebenen Sollwerte der Lösewerkzeugkoordinaten bei Abweichungen der Vortriebsmaschine (1) aus ihrer Sollage durch den Abweichungen entsprechende Signale korrigiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte der Lösewerkzeugkoordinaten durch den Maschinenabweichungen entsprechende Signale und/oder durch den Abweichungen entsprechende Verstellbewegungen eines den z$ Laserstrahl (36) aufnehmenden Empfängers (31) und/oder der Schablone (22) korrigiert werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichungen der Vortriebsmaschine (1) automatisch gleich große und entgegengesetzt gerichtete Verstellbewegungen eines den Laserstrahl (36) aufnehmenden Empfängers (31) und/oder der Schablone (22) sowie den Verstellbewegungen des Empfängers (31) entsprechende elektrische Korrektursignale ausgelöst werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelverschiebungen und die Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine (1) gegenüber dem Laserstrahl (36) Korrektursignale auslösen, während Winkelabweichungen um die Maschinenachse (Krängungen) Drehungen der Schablone (22) oder einzelner Empfängerteile (44, 74) zur Folge haben.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (31) oder Teile des Empfängers durch den Laserstrahl (36) und die Schwerkraft ausgerichtet werden, während die Schablone (22) nur durch die Schwerkraft ausgerichtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (36) von zwei hintereinanderliegenden Empfängerebenen (32, 41) aufgenommen wird und in der vorderen Ebene (32) Steuerimpulse auslöst, die den Empfänger (31) parallel zu sich selbst verschieben, bis der Auftreffpunkt der vorderen Empfängerebene (32) im Laserstrahl (36) liegt, und daß vom Laserstrahl in der hinteren Empfängerebene (41) Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine (1) erfaßt werden.

7. Einrichtung zur Begrenzung der Versteilbewegung eines an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Lösewerkzeuges auf den aufzufahrenden Streckenquerschnitt, dessen Lage der in Tunnellängsrichtung verlaufende Laserstrahl bestimmt, wobei eine dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt geometrisch ähnliche Schablone den Bewegungsbereich des Lösewerkzeuges begrenzt, die ein die Sollwerte der Koordinaten des Lösewerkzeuges bildender Anschlag oder eine Reflektionslichtschranke abtastet, zur Durchführung des Verfahrens, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen auf dem Gestell der Vortriebsmaschine (1) angeordneten, den Laserstrahl (36) aufnehmenden, in der Vertikalen und in der Horizontalen verstellbaren Empfänger (31), der mit zwei hintereinanderliegenden, zueinander parallelen, dem Laser (37) zugewandten Flächen (32, 41) ausgerüstet ist, wobei die vordere Fläche (32) vier, vorzugsweise quadratische, mit lichtempfindlichen Elementen (34) besetzte Flächenabschnitte (a, b, c. d) aufweist, die in ihrem gemeinsamen Berührungspunkt eine dem Durchmesser des Laserstrahls (36) entsprechende Bohrung (38) besitzen, über je einen eigenen Verstärker (45, 46,47,48) gemeinsam mit zwei Stellmotoren (49,50) und über diesen nachgeschaltete Winkelkodierer (53,54) mit die Sollwerte der Reflektionslichtschranke (25) aufnehmenden Differenzverstärkern (16, 17) verbunden sind, und die bei auftretenden Abweichungen der Vortriebsmaschine (1) unter dem Steuersignal des angestrahlten lichtempfindlichen Elementes (34) beide Empfängerflächen (32, 41) parallel zu sich selbst verschieben, bis der Laserstrahl (36) durch die Bohrung (38) der vorderen Empfängerfläche (32) auf die hintere Empfängerfläche (41) fällt, die gleichfalls mit lichtempfindlichen Elementen (43) besetzt und deren jeweils angestrahltes lichtempfindliches Element ein den jeweiligen Winkelabweichungen entsprechendes elektrisches Signal den Differenzverstärkern (16,17) zuleitet.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aie Stellgeschwindigkeit des Tragarmes (4) der Vortriebsmaschine (1) stufenlos einstellbar und der Stellgeschwindigkeit der Reflektionslichtschranke (25) direkt proportional ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide mit lichtempfindlichen Elementen (34 bzw. 43) besetzten Empfängerflächen (32,41) bzw. der Flächenabschnitt (44) an sich bekannte Leiterplatten bilden.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente (34) der Flächenabschnitte (a, b. c. d) der vorderen Empfängerfläche (32) an den Flächenrändern und im Bereich der Bohrung (38) mit engem Abstand und im übrigen Bereich der Flächenabschnitte (a, b, c, d) mit weiterem Abstand voneinander angeordnet sind.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbar gelagerte Schablone (22) eine ihre Lajje gegenüber dem Horizont sichernde, stabile Schwerpunktslage besitzt oder mit einer sie in dieser Lage haltenden Stellvorrichtung (60) verbunden is 1.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente (43) auf der hinteren Empfängerfläche (41) zeilen- und spaltenförmig angeordnet sind oder hier einen vorzugsweise rechteckigen Flächenabschnitt (44) mit horizontal gerichteten Längsseiten umgeben.

13. Einrichtung nach Anspruch 12 mit einem von lichtempfindlichen Elementen umrahmten, auf der hinteren Empfängerfläche befindlichen Flächenab-

schnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die hb.'.ere Empfängerfläche (41) fallende Laserstrahl (36) einen kreuzförmigen Querschnitt hat.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (37) oder der Empfänger (31) des Laserstrahls (36) mit einer im Strahl liegenden und mit einem kreuzförmigen Durchbruch ausgestatteten Blende (74) ausgerüstet ist.

15. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 14, gekennzeichnet durch eine hinter der Bohrung (38) der vorderen Empfängerfläche (32) angeordnete, den Laserstrahl (36) vergrößernde Linse (72).

16. Einrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 15, bei der die den Laserstrahl formende Blende dem Empfänger zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Empfängerfläche (41) oder der mit lichtempfindlichen Elementen (43) umrandete Flächenabschnitt (44) der hinteren Empfängerfläche oder die dem Empfänger (3!) zugeordnete Blende (74) drehbar gelagert sind und eine sie gegen den Horizont festlegende, stabile Schwerpunktslage besitzen.

!7. Einrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der auf der hinteren Empfängerfläche (41) angeordneten lichtempfindlichen Elemente (43) den Linsenfehler ausgleicht.

18. Einrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit den lichtemfpindlichen Elementen (43) des Flächenabschnittes (44) der hinteren Empfängerfläche (41) verbundenen, den Bogenfehler des Tragarmes (4) und den Fehler der Verstellbewegung der vorderen Empfängerfläche (32) ausgleichenden 3s Zähler (57).

19. Einrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Winkelkodierern (53, 54) nachgeschaltete, den Bogenfehler des Tragarmes (4) ausgleichende Zähler (55,56).

20. Einrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Bogenfehler ausgleichende Schablonenkonturen.

21. Einrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in seiner Ursprungslage durch den Mittelpunkt

(40) des Flächenabschnittes (44) verlaufende Koordinatensystem in der Horizontalen und in der Vertikalen verstellbar ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Empfängerfläche

(41) bzw. ihr Flächenabschnitt (44) in ihrer bzw. in seiner Ebene verstellbar ist.

23. Einrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (22) bzw. die Anzeigevorrichtung (21) in ihrer Ebene verschiebbar ist.

24. Einrichtung nach den Ansprüchen 21 bis 23. dadurch gekennzeichnet, daß eine den Fahrweg der <>o Vortriebsmaschine (1) messende Vorrichtung vorhanden ist.

25. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 24, gekennzeichnet durch eine die Parallelabweichungen und eine die Winkelabweichungen der Vor- i>s triebsmaschine (1) anzeigende Projektionsfläche (64, 65), die mit den Stellgliedern (49,50) des Empfängers (31) bzw. mit den lichtempfindliche.i Elementen (43) des Flächenabschnittes (44) der hinteren Empfängerfläche (41) verbunden ist.