DE2427816C2 - Einrichtung zur Begrenzung der Verstellbewegung eines an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Lösewerkzeuges auf den aufzufahrenden Streckenquerschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betriff: eine Einrichtung zur Begrenzung der Verstellbewegung eines an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Lösewerkzeuges auf den aufzufahrenden, durch einen in Tunnellängsrichtung verlaufenden Laserstrahl festgelegten Streckenquerschnitt, die mit einer dem Streckenquerschnitt geometrisch ähnlichen, den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges begrenzenden, von einer Reflektionslichtschranke abgetasteten und in ihrer Ebene verschiebbar und drehbar gelagerten Schablone sowie mit einer den Laserstrahl aufnehmenden, in ihrer Ebene verstellbar gelagerten, vom Laserstrahl fixierten Empfängerfläche ausgerüstet ist, welche den Parallelabweichungen der Vortriebsmaschine entsprechende Signale erzeugt.

Es sind Vorrichtungen zum Oberwachen und zum

jo Korrigieren der Bewegung von Strecken- bzw. Tunnelvortriebsmaschinen oder von Gewinnungsmaschinen mit einem an einem beweglichen Ausleger gelagerten Schneidwerkzeug bekannt. Sie besitzen einen im Bedienungszustand 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 im verkleinerten Maßstab wiedergibt. Klarsichtscheibe und Schablone sind gemeinsam gegenüber dem Bildrahmen schwenkbar angeordnet und mit Hilfe einer mit Winkeimaßskala 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 Skalen 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 Mäschinen- und/oder Werk/eugbewegung fortwährend korrigieren, ohne da/u die Vortriebsmaschine hin- und hermanövrieren /υ müssen.

hi Weiterhin gehören Vortriebsmaschinen zum vorbekannten Stand der Technik, deren Löswerk/eug von einem allseilig schwenkbaren Arm getragen wird, dessen Aktionsbereich auf den jeweiligen Querschnitt

der aufzufahrenden Strecke begrenzt ist. Auch bei diesen Vortri.ebsmaschinen wird eine dem Querschnitt der aufzufahrenden Strecke geometrisch ähnliche Schablone benutzt, die hier aber den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges auf das herzustellende Streckenprofil 5 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 Schablonenfläche geführt wird und dabei das Streckenprofil abtastet. Über eine Nachlaufsteuerung, die die den Arm des Lösewerkzeuges schwenkenden Stellzylinder steuert, wird die Lösewerkzeugbewegung stets in Obereinstimmung mit der Bewegung der das Streckenprofil der Schablone abtastenden Reflektionslichtschranke bzw. der jeweiligen Stellung des Anschlages gebracht und die Sollage der Schablone durch den Strahl eines Lasers festgelegt, in die die Schablone bei Abweichungen der Vortriebsmaschine vom Bedienungsmann gerückt wird. Da die Reflektionslichtschranke außerhalb des Schabionenprofih 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 seine Begrenzung hinauszulaufen.

Mit keiner der beiden vorgenannten Vorrichtungen lassen sich Winkelabweichungen der Vortriebsmaschinenlängsachse gegenüber dem Laserstrahl erfassen oder gar durch Verstellen der Schablone ausgleichen. Es sind deshalb zusätzlich geodätische Hilfsmittel erforderlich, um die Vortriebsmaschine in der Stunde zu halten, sie also parallel zum Laserstrahl einzustellen.

Weiterhin ist bereits ein Verfahren zur Begrenzung der Verstellbewegung eines an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Lösewerkzeuges auf den aufzufahrenden Streckenquerschnitt vorgeschlagen worden, bei dem die von einem Anschlag bzw. einer Reflektionslichtschranke vorgegebenen Sollwerte der Lösewerkzeugkoordinaten bei Abweichungen der Vortriebsmaschine aus ihrer Sollage durch den Abweichungen entsprechende Signale korrigiert werden Nach einem weiteren Merkmal dieser älteren, nicht vorveröffentlichen Anmeldung werden die Sollwerte der Lösewerkzeugkoordinaten durch dem Maschinenabweichungen entsprechende Signale und/oder durch den Abweichungen entsprechende Verstellbewegungen eines den Laserstrahl aufnehmenden Empfängers und/oder durch Drehen der Schablone korrigiert. Automatisch ausgelöste, den Abweichungen der Vortriebsmaschine entsprechende, entgegengesetzt gerichtete Verstellbewegungen des « den Laserstrahl aufnehmenden Empfängers sowie den Verstellbewegungen des Empfängers entsprechende elektrische Signale dienen hier dazu, die Sollwerte der Lösewerkzeugkoordinaten um eine der Abweichung der Vortriebsmaschine entsprechende Größenordnung to zu verändern und den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges in seiner Sollage zu halten. Dabei werden der Empfänger oder Teile des Empfängers durch den Laserstrahl ausgerichtet, während die Schablone nur durch die Schwerkraft ausgerichtet wird. μ

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, mit r\ir der Aktionsbereich des an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Losewerkzeuges auf den aufzufahrenden Streckenquerschnitt begrenzt werden kann, und die neben Parallelabweichungen und Krängungen aurh die Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine gegenüber einem in Streckenlängsrichtung verlaufenden Laserstrahl erfaßt, um den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges selbsttätig auf die durch den Laserstrahl fixierte Sollage des Streckenquerschnittes zu begrenzen.

Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung von der eingangs genannten Einrichtung aus und schlägt vor, die Vortriebsmaschine mit zwei Kreiselsystemen auszustatten, von denen eines eine horizontale und das andere eine vertikale Rotationsachse besitzt, die beide in Querschnittsebenen der aufzufahrenden Strecke Hegen, mit Vorrichtungen verbunden sind, die den Winkelabweichungen und den Krängungen der Vortriebsmaschine proportionale Signale bilden und mit ihren den horizontalen oder den vertikalen Winkelabweichungen proportiowalen Signalen die Istwerte der Lösewerkzeugkoordinaten korrigieren; ferne·, <st ein die Schablone in ihrer Ebene zusammen mit dem Stiiimechanismus ihrer Lichtschranke verschiebender und drehender Stellmechanismus vorgesehen, der von den Signalen der Empfängerfläche steuerbar ist Bei einer so ausgebildeten Eisrichtung ermitteln die beiden Kreiselsysteme einerseits die Winkelabweichung der Vortriebsmaschine und korrigieren sie, während die Empfängerfläche die Parallelabweichungen der Vortriebsmaschine feststellt und korrigiert. Andererseits ermitteln die Kreiselsystem aber auch die Krängungen der Vortriebsmaschine, und zwar im Zusammenwirken mit der Empfängerflache, und korrigieren sie durch Verdrehen der Schablone. Im folgenden sind Parallelabweichungen Seitenverschiebungen der zu einem Laserstrahl parallel stehenden Vortriebsmaschine und Winkelabweichungen Neigungen der Vortriebsmaschinenlängsachse gegenüber dem Laserstrahl in der Horizontalen und/oder in der Vertikalen. Krängungen bind tiagegen Drehungen der Vortriebsmaschine um die Maschinenlängsachse. Diese Maschinenabweichungen aus der Soilage treten im Verlauf des Vortriebes einzeln oder auch zusammen auf. Die erfindungsgemäße Einrichtung gleicht auftretende Parallelabweichungen gegenüber dem Strahl des Lasers durch eine entsprechende, entgegengesetzt gerichtete Verschiebebewegung der Schablone aus und korrigert auch Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine durch Signale beider Kreiselsysteme, die die Größe der den Koordinaten des Lösewerkzeuges entsprechenden Istwertsignale beeinflussen und dadurch den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges so verschieben, daß er in seiner Sollage bleibt. Krängungen der Vortriebsmaschine gleicht sie dagegen c'urtli Drehen der Schablone aus, wobei die Verschiebebewegungen der Schablone, soweit horizontale und vertikale Beweguiigskomponenten auftreteil, durch die Empfängerfläche und die Drehbewegungen der Schablone durch Signale der Kreisel bestimmt werden.

Da die Empfängerfläche in der Regel nicht in der Maschinenlängsachse liegt, verschiebt sie sich, wenn Winkelabweiehungen der Vortriebsmaschine auftreten, in der Vertikalen, in der Horizontalen und aucii noch in Längsrichtung der Strecke. Infolgedessen stimmt der Stcllweg, den die Empfängerfläche anschließend zurückzulegen ha!. ^Mm den Mittelpunkt ihrer Fläche wieder mit dem Laserstrahl zur Deckung zu bringen, nicht überein mit dem Maß, um das sie senkrecht oder waagerecht vom Laserstrahl abgewichen war. Um den

dadurch entstehenden Fehler auszugleichen, wird nach einem weiteren Erfindungsmerkmal vorgeschlagen, die Einrichtung mit einem Rechner auszurüsten, der mit dem den horizontalen Verslellweg der Empfängerfläche ermittelnden Zähler sowie dem die horizontale Winkelabweichung und dem die Krängung der Vortriebsmaschine ermittelnden Zähler der Kreiselsysteme verbunden ist und aus den ihm zugehenden elektrischen Signalen ein vom Krängungswinkel und von der horizontalen Winkelabweichung bereinigtes, der horizontalen Parallelabweichung der Vortriebsmaschine proportionales, den Stellmechanismus der Schablone steuerndes Ausgangssignal bildet.

Ferner ist ein weiterer Rechner vorgesehen, der mit dem den vertikalen Stellweg der Empfängerflächc ermittelnden Zähler sowie mit dem die vertikale Winkelabweichung und mit dem den Krängungswinkel der Vortriebsmaschine ermittelnden Zähler der Kreiselsysteme verbunden ist und aus den ihm zugehenden elektrischen Signalen ein vom Krängungswinkel und von der vertikalen Winkelabweichung bereinigtes, der vertikalen Parallelabweichung der Vortriebsmaschine proportionales, den Stellmechanismus der Schablone steuerndes Ausgangssignal bildet. Krängungen und Winkelabweichung verfälschen daher die zur Korrektur der Schablonenlage erforderliche Verschiebung und auch die zur Korrektur der Koordinatenistwerte des Lösewerkzeuges erforderlichen Signale nicht.

Die Drehung und die Vertikalbewegung der Schablone wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mit Hilfe zweier Stellmotoren erzeugt, die beide über je einen Rechner steuerbar und mit dem die Krängung ermittelnden Zähler der Kreiselsysteme und mit dem Rechner verbunden sind, welcher ein der vertikalen Parallelabweichung proportionales, von Krängungen und von der vertikalen Winkelabweichung bereinigtes Ausgangssignal liefert. Auf diese Weise lassen sich bei auftretenden Maschinenabweichungen die Höhenlage und die Winkellage der Schablone exakt korrigieren, ohne durch den Krängungswinkel oder durch die die Krängung überlagernden Winkelabweicnungen verfälscht zu werden.

Um die Vortriebsmaschine beim Vorrücken möglichst genau in ihrer Soilage zu halten, kann der Rechner, der ein der horizontalen Parallelabweichung proportionales, von Krängungen und von horizontalen Winkelabweichungen bereinigtes Ausgangssignal liefert, die Fahrwerksmotoren beider Raupen der Vortriebsmaschine steuern. Die während des Vortriebes auftretenden Maschinenabweichungen der Vortriebsmaschine, die mit Hilfe des Empfängers und der Kreiselsysteme der Vortriebsmaschine festgestellt werden, führen das Maschinenfahrwerk mit Hilfe der erzeugten Korrektursignale selbsttätig wieder in seine Sollage zurück- in der der Aktionsbereich der Lösewerkzeuge genau dekkungsgleich iiegt zu dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und im folgenden Teil der Beschreibung näher erläutert- Es zeigt

F i g. 1 eine Vortriebsmaschine im Grundriß:

F i g. 2 die Vortriebsmaschine und die ihr zugeordneten Kreiselsysteme sowie die Verstellvorrichtung der Lichtschranke in schematischer Darstellung mit den ihnen zugeordneten, die Stellwege bzw. die Abweichungen ermittelnden Zähl- und Meßeinrichtungen:

F i g. 3 die Schablone und die ihr zugeordnete Lichtschranke mit den zugehörigen Stell- und Meßeinrichtungen in schematischer Darstellung;

F i g. 4 einen Teil der Steuerung als Blockschaltbild;
F i g. 5 die Empfängerfläche und die ihr zugeordneten Stell- und Meßeinrichtungen in schematischer Darstel- > lung;

Fig. 6 die beiden Kreiselsysteme mit den zugehörigen MeQ- und Zähleinrichtungen.

Die Vortriebsmaschine 1 löst die Ortsbrust 2 der Strecke 3 mit ihrer Schrämwalze 4, die am Ende eines

in zur Ortsbrust 2 weisenden, allseitig schwenkbaren Tragarmes 5 drehbar gelagert ist. Sie bewegt sich mit den beiden einzeln und unabhängig voneinander angetriebenen, steuerbaren Raupen 6, 7 ihres Fahrwerkes auf der Streckensohle. Die horizontale Tragarm-

ii schwenkachse ist mit 8 und die vertikale Tragarmschwenkachse mit 9 bezeichnet. Um eine oder auch um beide Achsen 8, 9 läßt sich der Tragarm 5 mit Hilfe der Stellvorrichtungen 10, 11, beispielsweise doppelseitig wirkender Druckzylinder, schwenken und die Schrämen walze 4 über die Ortsbrust 2 der herzustellenden Strecke führen (Fig. 1). Winkelkodierer 12 bzw. 13 erfassen die dabei auftretenden Stellwege, und Zähler 14 bzw. 15 wandeln die den Stellwegen des Tragarmes 5 proportionale Impulszahl der Winkelkodierer 12, 13 in analoge Signale um, die, nachdem sie die Additionsglieder 16. 17 durchlaufen haben, vor den Differenzverstärkern 18 oder 19 als Istwerte der Koordinaten der Schrämwalze 4 anstehen.

Eine dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt geo-

3i) metrisch ähnliche Schablone 20. die von einer Reflektionslichtschranke 21 abgetastet wird, begrenzt den Aktionsbereich des Tragarmes 5 und damit der Schrämwalze 4 auf den herzustellenden Streckenquerschnitt. Über die beiden Stellmotoren 22, 23 dieser Reflektionslichtschranke 21 und die den Motoren zugeordneten Winkelkodierer 24, 25 sowie die Zähler 26,27 werden ständig den Koordinaten der Reflektionslichtschranke 21 entsprechende Signale gebildet, die als Sollwerte vor den Differenzverstärkern 18 und 19 anstehen. Sollwert-Istwertdifferenzen, die die clektrohydraulischen Steuerelemente 28, 29 betätigen, verstellen daher die Schrämwalze 4, bis diese Differenz abgeklungen ist. Sowie die Reflektionslichtschranke 21 vom Bedienungsmann der Vortriebmaschine 1 über den Schablonenrand hinausgefahren wird, unterbricht sie über die beiden elektrohydraulischen Steuerelemente 28, 29 jede weitere Druckmittelzufuhr zu den Stellvorrichtungen 10,11 und damit jede weitere Bewegung der Schrämwalze 4 über den Rand der Ortsbrust hinaus. Die

μ Schablone 20 begrenzt daher den Aktionsbereich der Schrämwalze 4 genau auf einen ihr ähnlichen, jedoch größeren Querschnitt.

Die Reflektionslichtschranke 21 wird mit Hilfe der Gewindespindel 30 (Fig.3) in der Horizontalen gegenüber der Schablone 20 verstellt und die dazu erforderliche Verstellbewegung über den Stellmotor 22 in die Gewindespindel 30, die in Lagern 31, 32 ruht, eingeleitet Beide Lager 31,32 werden von senkrechten Gewindespindeln 33,34 in der Senkrechten verstellbar gehalten und vom Stellmotor 23 über die durch die Welle 37 miteinander verbundenen Kegelradpaare 35, 36 in gleichsinnige Drehungen versetzt. Die beiden Lager 31, 32 lassen sich infolgedessen mit der Gewindespindel 30, dem Stellmotor 22, dem Winkelkodierer 24 und und dem Zähler 26 sowie der Reflektionslichtschranke 21 in der Vertikalen verstellen. Getragen wird die Schablone 20 und der gesamte Stellmechanismus der Reflektionslichtschranke 21 von

einer Platte 38, die sich auf den beiden senkrechten Zahnstangen 39, 40 abstützt, die beide gemeinsam oder auch einzeln mit Hilfe der Stellmotoren 41, 42 in der Vertikalen verstellbar sind. Ein in der Horizontalen verschiebbar geführter Schlitten 43 nimmt beide ί Zahnstangen 39, 40 auf und trägt auch die auf diese Zahnstangen 39, 40 einwirkenden Stellmotoren 41, 42, die zugehörigen Winkelkodierer 44, 45 und die Zähler 46, 47. Da die Stellmotoren 41,42 auch einzeln bzw. mit unterschiedlichem Umlaufsinn auf die beiden Zahnstangen 39,40 einwirken können und die Zahnstangenenden über elastische Glieder 48, 49 mit der Platte 38 verbunden sind, kann die Schablone 20 auch in begrenztem Maße in ihrer Ebene gedreht werden. Horizontalbewegungen des Schlittens 43 erzeugt der ü Stellmotor 50, der mit seinem Ritzel 112 in die Zahnstange 51 des Schlittens 43 eingreift und gleichfalls mit einem Winkelkodierer 52 und einem Zähler 53 in Verbindung steht.

Die Schablone 20 und alle zu ihrer Verstellung erforderlichen Elemente sind in einem Gehäuse 54 auf der Vortriebsmaschine 1 untergebracht (F ig. 1).

In einem weiteren, unter dem Gehäuse 54 befindlichen Gehäuse 55 befinden sich zwei Kreisel 56, 57, von denen einer, und zwar der Kreisel 56. um eine horizontale, in einer Querschnittsebene der aufzufahrenden Strecke liegende Achse 58 und der andere, der Kreisel 57, um eine vertikale, gleichfalls in einer Querschnittsebene der aufzufahrenden Strecke befindliche Arhse 59 umläuft (Fig. 6). Beide Kreisel 56, 57 to werden von je einem eigenen Motor 60,61 angetrieben und von der durch die Rotation herrünrenden Trägheitskraft in ihrer jeweiligen Umlaufebene I oder Il festgehalten. Da beide Kreisel 56, 57 kardanisch gelagert sind, kann die Vortriebsmaschine 1 sich mit dem Gehäuse 55 gegenüber der Rotationsebene I bzw. 11 verstellen, ohne die Kreisellage dadurch zu verändern. Diese Relativbewegungen der Vortriebsmaschine 1 gegenüber der Ebene I oder Il werden von den Winkelkodierern 62 oder 63 des Kreisels 65 als Krängung bzw. als horizontale Winkelabweichung erfaßt oder aber von dem Winkelkodierer 64 des Kreisels 57 als vertikale Winkelabweichung ermittelt und die der Abweichung proportionalen Impulszahlen der Kodierer 62,63,64 in den Zählern 65,66 oder 67 zu analogen Ausgangssignalen umgeformt.

Bei ihrer Vortriebsarbeit orientiert sich die Vortriebsmaschine 1 am Strahl 68 des im bereits aufgefahrenen Streckenabschnitt 3 aufgestellten Lasers 69. der auf die Empfängerfläche 70 der Vortriebsmaschine 1 auftrifft. Diese durch eine senkrechte und eine waagrechte Symmetrieebene in vier gleiche Flächenabschnitte a, b, c, d unterteilte Empfängerfläche 70 ist mit zeilen- und spaitenförmig angeordneten lichtempfindlichen Elementen 71 besetzt, die, wenn sie vom Strahl 68 des Lasers 69 getroffen werden, ein Signal auslösen, das über den dem jeweiligen Flächenabschnitt zugeordneten Verstärker 72,73,74,75 die beiden Stellmotoren 76, 77 so an Spannung legt daß sie die Empfängerfläche 70 in ihre Sollage zurückführen, in der der Strahl 68 auf den Schnittpunkt der beiden Symmetrieebenen, den Flächen mitteipunkt, fällt Bei dieser Stellbewegung wirkt der Stellmotor 76, der die Empfängerfläche 70 in der Horizontalen verschiebt auf die Spindel 78 ein, die die Empfängerfläche 70 trägt während der Stellmotor 77, der die Vertikalbewegung der Empfängerfläche 70 bewirkt über die durch die Welle 81 verbundenen Kegelradpaare 79, 80 und die beiden senkrechten Spindeln 82,83 die beiden Lager 84,85 der Spindel 78 in der Vertikalen bewegt. Auch hier erfassen den Stellmotoren 76, 77 nachgeschaltete Winkelkodierer 86, 87 die Stellwege der Empfängerfläche 70 und erzeugen über die ihnen zugeordneten Zähler 88, 89 dem jeweiligen vertikalen und/oder dem horizontalen Stellweg der Empfängerfläche 70 proportionale Ausgangssignale.

Während die beiden Kreisel 56, 57 über die Winkelkodierer 62, 63 und 64 die Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine 1 erfassen, el. h. die Schräglagen der Vortriebsmaschinenlängsachse gegenüber dem Laserstrahl 68 ermitteln, werden mit Hilfe der F.mpfängerfläche 70 und des Laserstrahls 68 nur die Parallelabweichungen der Vortriebsmaschine 1 festgestellt. Dabei werden unter Parallelabweichungen die Abweichungen verstanden, die die Vortriebsmaschine 1 mit zum laserstrahl 68 paralleler Längsachse gegenüber ihrer Soiiage hat. Krängungen der Vortriebsmaschine 1, d.h. Vortriebsmaschinendrehungen um eine Längsachse, lassen sich durch den in der vertikalen Ebene I umlaufenden Kreisel 56 mit Hilfe des Winkelkodierers 62 und des nachgeschalteten Zählers 65 feststellen. Alle Abweichungen können einzeln, aber auch gemeinsam, sich gegenseitig überlagernd auftreten.

Die bei Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine 1 am Ausgang der beiden Zähler 66, 67 anstehenden Signale sind dem jeweiligen Abweichungswinkel der Vortriebsmaschinenlängsachse gegenüber dem Laserstrahl 68 proportional. Sie stehen vor den Additionsgliedern 16, 17 an und werden in ihnen mit den Ausgangssignalen der beiden Zähler 14, 15. die den Istwerten der Lösewerkzeugkoordinaten und damit den Tragarmschwenkwinkeln proportional sind, derart vereinigt, daß sie diese Tragarmschwenkwinkel um die jeweiligen Abweichungswinkel korrigieren. Die auf diese Weise korrigierten Ausgangssignale der Differenzverstärker 18, 19, also die Istwertsignale der Schrämwalzenkoordinaten, passen sich den durch die Stellung der Reflektionslichtschranke 21 vorgegebenen Sollwertsignalen an und bringen den durch die Schablone 20 bestimmten Aktionsbereich der Schrämwalze 4 wieder in seine Sollage. Die vorstehend geschilderte Korrektur der Istwertsignale der Schrämwalzenkoordinaten erfolgt nur, wenn die Maschinenlängsachse aus ihrer zum Laserstrahl 68 parallelen Lage abgewichen ist. also nur über die von den Winkelkodierern 63 und 64 erzeugten Korrektursignale. Abweichungen der Vortriebsmaschine 1 aus ihrer Soiiage mit zum Laserstrahl 68 parallel liegender Längsachse, also Paraüelabweichungen, werden dagegen, wie bereits ausgeführt durch die Empfängerfläche 70 festgestellt und mit Hilfe von Signalen, die dem Verstellweg der Empfängerfläche 70 proportional sind, durch Verstellen der Schablone 20 ausgeglichen. Auch die vom Kreisel 56 und den zugeordneten Winkelkodierer 62 ermittelten Krängungen der Vortriebsmaschine 1 wirken über ein entsprechendes Ausgangssignal des Zählers 65 nur auf den Stellmechanismus der Schablone 20, und zwar nur auf die beiden Stellmotoren 41,42, ein.

Ein Rechner 90, der über die Leitung 91 mit dem Zähler 88 des Stellmotors 76 verbunden ist welcher die Empfängerfläche 70 in der Horizontalen verschiebt steht über Leitungen 92,93 und 94 auch mit den Zählern 65 und 66 der Winkelkodierer 62 und 63 des Kreisels 56 in Verbindung. Er korrigiert gegebenenfalls den Meßwert der ihm vom Zähler 88 zugeht mit den

Signalen der Zähler 65 und/oder 66. Bekanntlich ist das Signal des Zählers 88 dem Verschiebeweg der Empfängerfläche 70 in Richtung der Spindel 78 proportional und soll damit der horizontalen Parallelabweichung der Vortriebsmaschine 1 proportional sein. Gleichzeitig vorhandene Krängungen der Vortriebsmaschine 1 verfälschen aber dieses Signal. Sie vergrößern den Stellweg, den die Empfängerfläche 70 in Richtung der Spindel 78 zurückzulegen hat, bis ihr Symmetrieachsenschnitlpunkt wieder im Strahl 68 des Lasers 69 liegt, durch den cos des jeweiligen Krängungswinkels. Der Rechner 90 gleicht diesen Fehler mit Hilfe eines ihm vom Zähler 65 zugehenden, dem Krängungswinkel proportionalen Signals aus. so daß das über die Leitung 95 dem Differenzverstärker 96 zugehende Rechnersignal über den Stellmotor 50 die Schablonenlage genau um den der horizontalen Maschinenabweichung entsprechenden Betrag korrigiert, wobei über den Winkelcodierer 52 und den Zähler 53 der Abgleich erfolgt.

In der gleichen Weise werden innerhalb des Rechners 90 auch die Ausgangssignale des Zählers 88 durch Signale des Zählers 66 korrigiert, die der jeweils horizontalen Winkelabweichung der Vortriebsmaschine 1 proportional sind. Aus diesem Grunde ist auch bei horizontalen Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine der Verschiebefehler der Empfängerfläche 70 unwirksam. Wenn die Korrektursignale der Zähler 65 und 66 gleichzeitig auftreten, erfolgt natürlich eine entsprechende Korrektur des Ausgangssignals des Zählers 88 und damit eine alle möglichen Horizontalabweichungen der Vortriebsmaschine 1 berücksichtigende Schabloneneinstellung über den Stellmotor 50.

Die bei Winkelabweichungen oder bei Krängungen der Vortriebsmaschine 1 auftretenden vertikalen Abweichungen den der Aktionsbereich der Schrämwalze 4 bestimmenden Schablone 20 werden gleichfalls von der Empfängerfläche 70 mit Hilfe des Laserstrahls 68 ermittelt und über das Ausgangssignal des Stellmotors 77, das arr Ausgang des Zählers 89 ansteht, ausgeglichen. Auch dieses dem Rechner 97 zugehende Signal wird durch Signale der Zähler 65, 67. die dem Rechner 97 über Leitungen 93, 58 zufließen, korrigiert, um den Verschiebefehler der Empfängerfläche 70 auszugleichen, der entsteht, wenn sich bei zur senkrechten Ebene A (Fig.45) parallelen Winkelabweichungen und auch bei Krängungen der Vortriebsmaschine 1 die Empfängerfläche 70 nicht mehr senkrecht, sondern um die Winkelabweichung bzw. den Kränungswinkel schief verstellt. Das so gebildete Ausgangssignal des Rechners 97 geht den beiden Rechnern 99,100 zusammen mit dem Ausgangssignal des Zählers 65 zu, das dem Krängungswinkel der Vortriebsmaschine 1 proportional ist. Da bei Krängungen der Vortriebsmaschine t die Schablone 20 gedreht werden muß, damit ihre Unterkante sich wieder horizontal und damit parallel zur gewünschten Lage der Streckensohle einstellt müssen beide Stellmotoren 41, 42 betätigt werden, und zwar je nach dem Grad der erforderlichen Schablonendrehung, mit entgegengesetztem oder auch mit gleichem Umlaufsinn und gegebenenfalls auch mit unterschiedlicher Drehzahl, bis die Schablonenunterkante ihre Horizontallage wieder eingenommen hat, ohne in der Vertikalen verstellt worden zu sein. Ist die Vortriebsmaschine 1 dagegen frei Von Krängungen, so erfolgt bei Winkelabweichungen in der Vertikalen nur eine vertikale Verschiebebewegung der Schablone 20 mit Hilfe der beiden Motoren 41, 42.

Die den Ablauf der Schablonenbewegung und gegebenenfalls Schabijnendrehung über die Stellmotoren 41, 42 einleitenden Steuerbefehle kommen von den beiden Rechnern 99, i00 und werden in den Differenzverstär- ; kern 101, 102 über die Ausgangssignale der Zähler 46, 47 abgeglichen.

Alle horizontalen Abweichungen der Vortriebsmaschine 1 aus ihrer Sollage erfaßt der Empfänger 70, wenn sie als Parallelabweichungen auftreten oder sie

ίο werden, wenn sie als Winkelabweichungen auftreten, vom Kreisel 56 erfaßt. Vertikale Abweichungen der Vortriebsmaschine 1 werden dagegen, soweit sie Parallelabweichungen sind, gleichfalls allein vom Empfänger 70 oder aber als Winkelabweichungen vom

is Kreisel 57 erfaßt. Während die Parallelabweichungen der Vortriebsmaschine 1, wie vorstehend geschildert, nur eine der Empfängerbewegung gleichgerichtete Nachlaufbewegung der Schablone 20 auslösen, haben Winkelsbweich'jngen der Vnrtriphsmasrhine 1. wenn der Scheitel des Abweichungswinkels nicht gerade in der Ebene der Empfängerfläche 70 liegt, stets eine der Empfängerbewegung gleichgerichtete Nachlaufbewegung der Schablone 20 und Korrekturen der Koordinalenistwerte der Schrämwalze 4 zur Folge. Die Krängungen der Vortriebsmaschine 1 werden mit Hilfe des Kreisels 56 und des Empfängers 70 festgestellt. Sie zwingen den Empfänger 70 zu einer horizontalen und vertikalen Verstellbewegung, die stets eine entsprechende Schablonenbewegung auslöst, welche von einer durch den Kreisel 56 bestimmten Schablonendrehung überlagert ist. Alle vorgenannten Abweichungen der Vortriebsmaschine 1 treten in der Regel gemeinsam auf. daher laufen auch die einzelnen Regel- und Steuervorgänge gemeinsam, sich überlagernd, ab.

Um den Bedienungsmann von der Steuerung des Maschinenfahrwerks zu entlasten, sind auch die beiden Fahrwerksmotoren 103 und 104 der beiden Raupen 6, 7 mit in die Maschinensteuerung einbezogen. Sie werden über elektrohydraulische Steuerventile 105, 106, 107, 108 mit Druckflüssigkeit versorgt. Die beiden Ventile 107, 108 lassen sich nur dann beaufschlagen, wenn ein Korrektursignal vorliegt, also die Vortriebsmaschine 1 nicht ihre Sollage einnimmt. Nimmt dagegen die Vortriebsmaschine 1 ihre Sollage ein, so beaufschlagt der den Schalter 109 betätigende Bedienungsmann nur die beiden Fahrwerksmotoren 103 und 104 über die Ventile 105, 106 mit in der Zeiteinheit gleichen Flüssigkeitsmengen. Die Vortriebsmaschine 1 bewegt sich dann parallel zum Strahl 68 des Lasers 69 auf die Ortsbrust 2 zu. Gibt dagegen der Rechner 90 ein Ausgangssignal ab, — und das ist immer dann der Fall, wenn die Vortriebsmaschine 1 durch eine Parallel- oder eine Winkelabweichung horizontal aus ihrer Sollage abgewichen ist, — so wird je nach Vorzeichen dieses Signals entweder das Glied 110 oder das Glied 111 zur Abgabe e;nes Ausgangssignals veranlaßt und dadurch entweder das elektrohydraulische Steuerventil 107 und 108 geöffnet und somit dem Fahrwerksmotor 103 oder 104 zusätzliche Druckflüssigkeit zugeführt. Die Vortriebsmaschine 1 bewegt sich daraufhin mehr auf den Laserstrahl 68 zu und wird in ihre Sollage zurückgebracht Dabei hängt die Öffnungsdauer der elektrohydraulischen Ventile 107 bzw. 108 von der Dauer des vor den Gliedern 110 bzw. 111 anstehenden Ausgangssi-

'5 gnals des Rechners 90 ab.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Begrenzung der Verstellbewegung eines an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Lösewerkzeuges auf den aufzufahrenden, durch einen in Tunnellängsrichtung verlaufenden Laserstrahl festgelegten Streckenquerschnitt, die eine dem Streckenquerschnitt geometrisch ähnliche, den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges begrenzende, von einer Reflektionslichtschranke abgetastete und in ihrer Ebene verschiebbar und drehbar gelagerte Schablone sowie eine den Laserstrahl aufnehmende, in ihrer Ebene verstellbar gelagerte, vom Laserstrahl fixierte Empfängerflächeaufweist,dieden Parallelabweichungen der Vortriebsmaschine entsprechende Signale erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kreiselsysteme (56, 57) vorhanden sind, von denen eines eine horizontale und das andere eine vertiLde Rotationsachse (58, 59) besitzt, die beide in Querschnittsebenen der aufzufahrenden Strecke (3) liegen, mit Vorrichtungen (62, 63, 64) verbunden sind, die den Winkelabweichungen und den Krängungen der Vortriebsmaschine proportionale Signale bilden und mit ihren den horizontalen oder den vertikalen Winkelabweichungen proportionalen Signalen die Istwerte der Lösewerkzeugkoordinatcn korrigieren, und daß ein die Schablone (20) in ihrer Ebsne zusammen mit dem Stellmechanismus (22,23) ihrer Lichtschranke (2t) verschiebender und drehender Stellmechanismus (41, 42, 50) vorgesehen ist, der von den Signalen der Empfängerflächc (70) steuerbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch ',, gekennzeichnet durch einen Rechner (90), er mit dem den horizontalen Stellweg der Empfängerfläche (70) ermittelnden Zähler (88) sowie dem die horizontale Winkelabweichung und dem die Krängung der Vortriebsmaschine (1) ermittelnden Zählern (66, 65) der Kreiselsysteme (56, 57) verbunden ist und aus den ihm zugehenden elektrischen Signalen ein vom Krängungswinkel und von der horizontalen Winkelabweichung bereinigtes, der horizontalen Parallelabweichung der Vortriebsmaschine (1) proportionales, den Stellmechanismus (50) der Schablone (20) steuerndes Ausgangssignal bildet.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Rechner (97), der mit dem den vertikalen Stellweg der Empfängerfläche (70) ermittelnden Zähler (89) sowie mit dem die vertikale Winkelabweichung und mit dem den Krängungswinkel der Vortriebsmaschine (1) ermittelnden Zähler (67, 65) der Kreiselsysteme (56, 57) verbunden ist und aus den ihm zugehenden Signalen ein vom Krängungswinkel und von der vertikalen Winkelabweichung bereinigtes, der vertikalen Parallelabweichung der Vortriebsmaschine (1) proportionales, den Stellmechanismus (41, 42) der Schablone (20) steuerndes Ausgangssignal bildet.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stellmotoren (4t, 42) die Verlikalbewcgung und die Drehung der Schablone (20) erzeugen, die beide über je einen Rechner (99,100) steuerbar sind, welche mit dem die Krängung ermittelnden Zähler (65) des Kreiselsystems (56) und mit dem Rechner (97) verbunden sind. der ein der vertikalen Paralleiabweichung proportionales, von Krängungen und von der vertikalen Winkelabweichung bereinigtes Ausgangssignal liefert.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (90), der ein der horizontalen Parallelabweichung proportionales von Krängungen und von den horizontalen Winkelabweichungen bereinigtes Ausgangssignal liefert, die Fahrwerksmotoren (103, 104) der beiden Raupen (6,7) der Vortriebsmaschine (1) steu :rL