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Vortriebsmaschine mit einem an einem allseitig schwenkbaren Tragarm
gelagerten Lösewerkzeug Die Erfindung betrifft eine Vortriebsmaschine mit einem
an einem allseitig schwenkbaren Tragarm gelagerten Lösewerkzeug, die Einrichtungen
zum Ermitteln der Krängungen sowie der Winkel- und Parallelabweichungen und einen
Rechner besitzt, der mit Vorrichtungen verbunden ist, die den Krängungen und/oder
Winkel- und Parallelabweichungen der Vortriebsmaschine proportionale Signale bilden,
mit denen der Rechner mit Hilfe eines das Streckenprofil bestiamenden mathematischen
Programms den Aktionsbereich des Tragarmes auf den aufzufahrenden Streckenquerschnitt
begrenzt oder einer an Stelle des Rechners vorhandenen, in ihrer Ebene verschiebbaren
und verdrehbaren, dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt ähnlichen Schablone, deren
Stellmechanismus von den Krängungen und/oder Parallelabweichungen der Vortriebsmaschine
proportionalen Signalen gesteuert wird sowie einer die Schablone abtastenden Lichtschranke,
die den Sollwertkoordinaten des Lösewerkzeuges proportionale Signale erzeugt, denen
sich die durch den Winkelabweichungen proportionale Signale korrigierbaren Istwertsignale
der Lösewerkzeugkoordinaten angleichen, Es ist bereits 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 vorgeschlagen worden,
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 verstellbare, vom Laserstrahl fixierte Empfängerfläche aufweist, die den Parallelabweichungen
der Vortriebamaschine entsprechende Signale erzeugt.
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Zwei Kreiselsysteme von denen eines eine horizontale und das andere
eine vertikale Rotationsachse besitzt, die beide in Querschnittsebenen der aufzufahrenden
Strecke liegen, sind mit Vorrichtungen verbunden, die den Winkelabweichungen und
den Krängungen der Vortriebsmaschine proportionale Signale bilden. Sie korrigieren
mit ihren den horizontalen oder den vertikalen Winkelabweichungen proportionalen
Signalen die Istwerte der Lösewerkzeugkoordinaten.
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Ferner ist ein die Schablone in ihrer Ebene verschiebender und drehender
Stellmechanismus vorgesehen, der von den Signalen der Emp.
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fängerfläche steuerbar ist.
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Weiter sind bereits Vortriebsmaschinen vorgeschlagen worden, die mit
einem an einem allseitig schwenkbaren Tragarm gelagerten Lösewerkzeug ausgerüstet
sind, dessen Aktionsbereich auf den durch einen in Tunnellängsrichtung verlaufenden
Laserstrahl festgelegten Streckenquerschnitt begrenzt ist. Auch diese Vortriebsmaschinen
besitzen Einrichtungen zum Feststellen von Krängungen und Abweichungen gegenüber
einem Laserstrahl, die den Abweichungen und/oder Krängungen proportionale Signale
zur Korrektur des Aktionsbereiches des Lösewerkzeuges erzeugen. Ein Rechner, der
mit Hilfe eines das Streckenprofil in Form und Größe bestimmenden mathematischen
Programms und eines einer Istwertkoordinate des Lösewerkzeuges proportionalen Signals
sowie gegebenenfalls auftretender Korrektursignale fortlaufend eine zu dieser Istwertkoordinate
rechtwinklige, durch den Schnittpunkt der Lösewerkzeugkoordinatenverlaufende Grenzwertkoordinate
errechnet, bestimmt durch die errechnete Grenzwertkoordinate jeweils den Punkt der
Bewegungsbahn,auf der sich die Mitte des Löswerkzeuges bei einem das Streckenprofil
tangierenden und zu ihn parallelen Schnitt bewegen würde. Außerdem vergleicht der
Rechner diese Grenzwertkoordinate fortlaufend mit der anderen Istwertkoordinate
des Lösewerkzeuges und unterbindet dadurch jede über den errechneten Grenzwert hinausgehende
Lösewerkzeugbewegung.
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Bei diesen Vortriebsmaschinen werden die während der Vortriebsarbeiten
auftretenden
Erschütterungen und Schwingungen auf die zur Steerung des Tragarmes dienenden Einrichtungen
übertragen und verfSlschen die von der Empfängerfläche bzw. von den Kreiseln ausgehenden
Korrekturwerte, die den Aktionsbereich des Tragarmes mit der Sollage des Streckenquerschnittes
in Ubereinstimmung bringen.
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Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, diese Schwingungen
und Erschütterungen von den Einrichtungen fern zu halten, die die Maschinenabweichungen
ermitteln.
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Dazu geht sie von der eingangs beschriebenen Vortriebsmaschine aus
und schlägt vor, die Vortriebsmaschine mit einem von Dämpfungsgliedern getragenen
Gehäuse auszurüsten, in welchem der Laser raumgelenkig gelagert und die die Krängungen
und die Winkelabweichungen ermittelndenEinrichtungen angeordnet sind, die den Laser
in einer zur Streckensohle und zur Streckenachse parallelen Lage sowie gegenüber
Krängungen fesseln und auf einen in der Strecke angeordneten Empfänger ausrichten,
der den vom Laser ausgehenden Strahl aufnimmt und der Vortriebsmaschine ihren Parallelabweichungen
entsprechend Korrektursignale zuleitet. Bei dieser Anordnung bleiben sowohl der
Laser als auch die die Winkelabweichungen und die Kränzungen ermittelnden Einrichtungen
weitgehend frei von ErschUtterungen und Schwingungen. Sie befinden sich in einem
verhältnismäßig kleinen kompakten Gehäuse, das ohne Schwierigkeiten auf der Vortriebsmaschine,
beispielsweise oberhalb der senkrechten Tragarmschwenkachse, auf Schwingmetallen
frei von Erschütterungen, betriebssicher gelagert werden kann.
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Die Genauigkeit der zur Begrenzung des Tragarmschwenkbereichs dienenden
Messungen läßt sich weiter verbessern, wenn man diese Messungen nur in vorbestimmten
Zeitintervallen vornimmt, sie gruppenweise zusauenfaßt und aus jeder Meßwertgruppe
einen Mittelwert zur Korrektur des Tragarmschwenkbereiches bildet. Auf diese Weise
werden Meßwertfehler ausgeglichen.
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Zweckmäßigerweise ist der Laser kardanisch gelagert und wird VOll
Kreiselsystemen und/oder elektrischen Neigungswaagen und/oder durch die Schwerkraft
in der vorgegebenen Lage gehalten. Die den Laser haltenden Stellkräfte können unmittelbar
von den Kreisel oder aber von besonderen Schrittmotoren aufgebracht werden, div
den Kreiseln bzw. von den Neigungswaagen gesteuert werden.
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Gegenüber der Horizontalebene ist der Laser einstellbar, damit c-i
sich dem Verlauf einer ansteigend oder einfallend aufzufahrenden Strecke anpassen
und parallel zur Streckensohle einstellen 1sG.
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Der in der Strecke aufgestellte Empfänger kann nach einem weit@@@
Erfindungsmerkmal horizontal und vertikal verstellbar gelager mit einem vom auftretenden
Laserstrahl steuerbaren, den Mittelpunkt der Empfängerfläche mit dem Laserstrahl
zur Deckung bril2g, den Stellmechanismus versehen sein. Es ist aber auch möglich,
ct in der Strecke befindlichen Empfänger unbeweglich anzuordnen @@ ihn so zu bemessen,
daß er eine auch die größten vorkommende Parallelabweichungen des Laserstrahls erfassende
Fläche hat.
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beiden Fällen kann die der Vortriebsmaschine zugewandte Empfang@@
fläche mit zeilen- oder rasterförmig angeordneten Fotodioden be setzt sein, von
denen jeweils die vom Laserstrahl getroffene Fotç diode einen Impuls auslöst, der
mit Hilfe des Stellmechanismus den Flächenmittelpunkt mit dem Laserstrahl zur Deckung
bringt olla bei fest angeordnetem Empfänger, den Koordinaten der Fotodiode entsprechende
Signale erzeugt, die über eine Leitung oder drahtl@@ der Vortriebsmaschine, und
zwar deren Rechner, als Korrektursignale zugehen.
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Es empfiehlt sich, die Empfängerfläche in einzelne, den auftreffenden
Laserstrahl zu ihrem Mittelpunkt ablenkende Felder zu unterteilen, deren Mittelpunkte
über je einen Lichtleiter mit je einer auf einer rückwärtigen Leiterplatte angeordneten
Fotodiode verbunden
sind. Hierdurch kann die Anzahl der benötigten
Fotodio<len verringert werden, ohne die angestrebte Genauigkeit der Messungen
unzulässig einzuschränken.
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Weiterhin können die Empfängerfläche und die Fläche des Gehäuses durch
die der Strahl des Lasers austritt durch einen Luftvorhang abgeschirmt sein, um
diese Flächen vor Staub, Schmutz und Feuchtigkeit zu schützen. Dazu ist eine dem
Gehäuse bzw. der Empfängerfläche zugeordnete, die Austrittsfläche des Laserstrahls
bzw. die @@pfängerfläche umgebende, mit Düsen bestückte Ringleitung vorgesehe; Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen Jar gestellt und im folgenden
Beschreibungsteil näher erläutert.
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Es seigen: Fig. 1: die Vortriebsmaschine in einem Grundriß; Fig. 2:
die Aufhängung des Lasers in perspektivis r Darstellung als Einzelheit; Fig. 3:
eine Einzelheit der Lasereinstellung i einem Schnitt nach der Linie A-A der Fig.
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Fig. 4: den Einstellmechanismus des Lasers in Seiten ansicht mit
in Längsrichtung geschnitteller Aufhängung; Fig. 5: ein Schaltschema; Fig. 6: den
Empfänger in schematischer Darstellung Die Vortriebsmaschine 1 löst die Ortsbrust
2 der Strecke 3 mit Hilte der vom Tragarm 4 gehaltenen Schrämwalze 5. Zylinderpaare
6 verstellen den Tragarm 4 vertikal um die Achse 8, und Zylinderpaare 7 verstellen
ihn horizontal um die Achse 9, während die Ladeschaufel 10 das anfallende Haufwerk
von der Streckensohle 11 aufnimmt und über den Kratzförderer 12 nach hinten auf
ein nicht dargestelltes Streckenfördermittel austrägt.
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Ein mit dem Maschinengestell 13 verbundenes Gehäuse 14, das sich in
der Querschnittsebene der Strecke 3 befindet in der die senkrechte Schwenkachse
9 des Tragarmes 4 liegt, nimmt die die Krängungen und die die Winkelabweichungen
der Vortriebsmaschine 1 ermittelnden Vorrichtungen 15 und auch den Laser 16 auf
(Fig. 1).
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Der vom Laser 16 ausgehende Strahl 17 fällt auf den im hinteren Teil
der Strecke 3 angeordneten Empfänger 18, der über ein Kabel I oder auch drahtlos
mit dem Rechner 20, der sich auf der Vortriebsmaschine 1 befindet, verbunden ist.
Mittels eines dea aufzufahren den Streckenquerschnitt entsprechenden, vom Speicher
21 aufigehend mathematischen Programms, das die Form und die Abmessungen des Streckenprofils
festlegt, bildet der Rechner 20 Steuersignale, di über elektrohydraulische Steuerelemente
22, 23 die Beaufschlagung der Zylinderpaare 6 und 7 und damit die Schwenkbewegung
des Tragarmes 4 begrenzen. Beim Errechnen dieser Signale berücksichtigt der Rechner
20 auch die ihm vom Empfänger 18 zugehenden Signale, die den Parallelabweichungen
der Vortriebsmaschine 1 proportional sind, und, da die Vorrichtungen 15 über die
Leitungen 24, 25, 2t gleichfalls mit dem Rechner 20 verbunden sind, auch die den
KrAs;-gungen und den Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine 1 proportionalen Korrektursignale.
Der Schwenkbereich des Tragarmes 4 wird daher durch Lagenänderung der Vortriebsmaschine
1 nicht verfalsch, sondern bleibt mit dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt stets
in Übereinstimmung.
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Im folgenden sind Krängungen Drehbewegungen der Vortriebsmaschine
1 um ihre Längsachse; Winkelabweichungen sind dagegen Schieflagen de Maschinenlängsachse
gegenüber der Streckenachse und Parallelabweichungen Maschinenverlagerungen mit
zur Streckenachse paralleler Maschinenichre.
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Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, enthält das Gehäuse 14 zwei aus Kreiseln
15a und 15b bestehende Vorrichtungen 15 zum Feststellen der Krängungen und der Winkelabweichungen
der Vortriebsmaschine 1.
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Ein innerhalb des Gehäuses 14 auf Dämpfungsgliedern 27, beispielsweise
auf Schwingmetallen, gelagertes Gestell 28 trägt den Laser 16 und die beiden Kreisel
15a und 1Sb, deren Rotationsachsen um 90° versetzt zueinander entweder horizontal
oder vertikal in den Ebenen zweier Streckenquerschnitte liegen. Das Gestell 28,
auf dessen Boden die Kreisel 15a und 15b in Gehäusen angeordnet sind, besitzt im
oberen Teil seiner beiden Stirnseiten 29 je eine kreisförmige Öffnung 30. Jede dieser
Öffnungen 30 trägt einen ihrem Durchmesser angepaßten, auf Kugeln 31 oder Rollen
drehbar gelagerten Ring 32, die beide durch zwei sich diametral gegenüberliegende
Traversen 3 starr miteinander verbunden sind. In der Längsmitte der beiden Traversen
33 befindet sich ein konzentrisch zu den Ringen 32 angeordneter, um die horizontale
Achse 34 schwenkbar gelagerter Ring t f Er umschließt den Laser 16 und greift mit
seitlichen Zapfen 36 drel.-bar in Bohrungen der beiden Traversen 33 ein. In ihm
sind zwei Stangen 37 drehbar gelagert, die eine senkrechte Drehachse bilden und
einen Ring 38 konzentrisch halten, der mittels horizontaler, zentrisch zur Achse
34 liegender Zapfen 39 den Laser 16 trägt. Ej konzentrisch zur Achse 34 verlaufende,
mit einer Skala ausgestattete, aus einem Ringabschnitt bestehende, in der senkrechten
Längsebene des Lasers 16 befindliche Leiste 40, die durch einen Schlitz 41 des Ringansatzes
42 hindurchgreift und hier durch eine Rändelschraube 43 gesichert ist, legt den
Laser 16 gegenüber dem Ring AR einstellbar fest (Fig. 3 und 4). Der Laser 16 kann
daher auch bei ansteigend oder einfallend verlaufenden Strecken 3 parallel zur Streckensohle
11 eingestellt werden und wird von den Kreiseln 15a und 15b auch ständig in dieser
Lage gehalten.
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Von den Kreiseln 15a und 15b gesteuerte Schrittmotoren 44, 45, 46
halten den Laser 16 stets parallel zur Streckenachse und zur Streckensohle 11 und
drehen ihn beim Auftreten von Krängungen in einem den Krängungen entgegengesetzten
Sinn um seine Längsachse.
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Die Dämpfungsglieder 27 unterdrücken zwar die Erschütterungen und
Schwingungen
der Vortriebsmaschine 1, sie geben aber die Parallel abweichungen, das sind Verlagerungen
der Vortriebsmaschine 1 mit zur Streckenachse paralleler Maschinenachse, und auch
die Winkelabweichungen sowie die Krängungen der Vortriebsmaschine 1 in voller Größe
an das Gehäuse 14 und damit auch an das Gestell 28 weiter.
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Das von Erschütterungen weitgehend freie Gehäuse 14 nimmt daher an
allen Maschinenbewegungen teil und löst deshalb über die beiden Kreisel 15a und/oder
15b den jeweiligen Abweichungen entsprechende Steuersignale aus, die die Schrittmotoren
44, 45, 46 veranlassen, den Laser 16 wieder in eine Lage zurückzuführen, in der
er, um de Krängungswinkel zurückgedreht und/oder um die Winkelabweichungen zurückgeschwenkt,
parallel zur Streckenachse liegt.
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Der Schrittmotor 44, der mit dem Ritzel 47 seiner Antriebswelle in
die nicht dargestellte Verzahnung des drehbar gelagerten Ringes 32 eingreift, verstellt
den Laser 16 um seine Längsachse, während der Schrittmotor 45 ihn um die in einer
Querschnittsebene der Strecke liegende horizontale Achse 34 und der Schrittmotor
46 um die in einer Streckenquerschnittsebene liegende senkrechte Achse 48 des Ringes
38 dreht. Lediglich der Schrittmotor 44 ist auf einer mit der Stirnwand 29 des Gestells
28 fest verbundenen Konsole 49 ange ordnet. Der Schrittmotor 45 ist dagegen an einer
der beiden Traversen 33 und der Schrittmotor 46 an dem Ring 38 befestigt. Infolgedessen
nehmen die beiden Schrittmotoren 45, 46 an der vom Schrittmotor 44 ausgehenden Stellbewegung
und der Schrittmotor 46 zusätzlich auch an der vom Schrittmotor 45 ausgehenden Stellbewegung
teil.
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Die beiden Kreisel 15a und 15b sind in der zur Streckenlängsrichtung
parallelen, senkrechten Ebene I bzw. in der horizontalen Ebene II kardanisch gelagert.
Während die in der Ebene I liegende Rotationsachse 50 des Kreisels 15a (künstlicher
Horizont) durch die Schwerkraft auch beim Stillstand senkrecht gehalten wird, muß
die Rotationsachse 51 des Kreisels 15b (Kurskreisel), die durch die
Schwerkraft
lediglich horizontal ausgerichtet wird, vor Beginn der Vortriebsarbeit zunächst
geodätisch rechtwinklig zur Streckenlängsrichtung eingestellt werden. Winkelkodierer
52, 53, 54 sind mit den in beiden Ebenen I und II befindlichen Achsen 56, 57 oder
58 der kardanischen Lagerung der Kreisel 15a bzw. 15b verbunden. Sie geben bei auftretenden
Abweichungen der Vortriebsmaschine 1 ihre Ausgangssignale über Zähler 59, 60, 61
an je einen Differenzverstärker 62, 63,64 weiter, deren Ausgangssignale den Schrittmotor
44, 45 oder 46 an Spannung legen und so eine Korrekturbewegung auslösen, die den
Laser 16 in seine Ursprungslage zurückführt. Do den von den Zählern 59, 60, 61 ausgehenden
Sollwertsignalen in deii Differenzverstärkern 62, 63, 64 stets Istwertsignale der
mit Hí ihrer der Zähler 65, 66, 67 und der Winkelkodierer 68, 69, 70 ermittei( Stellwege
der Schrittmotoren 44, 45, 46 gegenüberstehen, endet die Korrekturbewegung des Lasers
16 beim Sollwert- Istwertabgleich.
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Es ist auch möglich, anstelle des Kreisels 15a nicht dargestellte
elektrische Neigungswaagen zu benutzen und mit ihrer Hilfe gegebenenfalls auftretende
Maschinenabweichungen, d. h. Maschinenbewegungen um die Kardanachsen 57 und 58,
zu ermitteln. Die von den Neigungswaagen festgestellten Abweichungen stehen als
elektrische Signale direkt vor den Differenzverstärkern 63, 64 an und korrigivren
in der vorbeschriebenen Weise die Lage des Lasers 16.
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Anstelle der elektrischen Neigungswaagen kann der Laser 16 auch l^
einer Schwerpunktslage ausgestattet sein,- beispielsweise durch e n außerhalb seiner
Achse angeordnetes Gewicht - die ihn mit Hilfe der Schwerkraft in der Horizontalebene
festlegt.
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Weiterhin kann die Kreiselmasse auch so groß sein, daß ihre Trägheitakraft
ausreicht, um den Laser 16 direkt gegenüber auftretenden Winkelabweichungen und
Krängungen der Vortriebsmaschine 1 in seiner Urxprungslage festzuhalten. In allen
Fällen gehen den Laserstellbewegungen proportionale elektrische Signale dem Rechner
20
über die Leitungen 24, 25, 26 zu, der diese Signale bei der
Begrenzung des Aktionsbereiches des Tragarmes 4 berücksichtigt.
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Wie bereits ausgeführt, fällt der Laserstrahl 17 auf den hinter der
Vortriebsmaschine 1, beispielsweise am Streckenausbau in Höhe des Lasers 16 aufgehängten,
mit Fotodioden 71 ausgestatteten Empfänger 18.
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In dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 6 kann der Empfänger 18 vertikal
und auch horizontal verschiebbar angeordnet und mit nicht dargestellte Stellmechanismen
sowie deren Stellwege messenden Einrichtungen ausgerüstet sein. Diese Stellmechanismen
werden von der jeweils vom Laser 16 angestrahlten Fotodiode 71 gesteuert, wie in
der älteren Patentanmeldung P 24 27 816.8 erläutert, und auf diese Weise Laserstrahl
17 und Flächenmittelpunkt 59 des Empfängers 18 stets miteinander zur Deckung gebracht.
Die dabei ermittelten horizontalen und vertikalen Stellwege des Empfängers 18 gehen
als Korrektursignale über das Kabel 19 oder auch drahtlos dem Rechner 20 der Vortriebsmaschine
1 zu.
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Wählt man die Fläche 72 größer als die maximal auftretenden Parallelabweichungen
der Vortriebsmaschine 1, so kann der Empfänger 18 auch fest, also unverstellbar,
in der Strecke 3 angebracht sein.
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Die auf seiner dem Laser 16 zugewandten Fläche 72 befindlichen Fotodiode
71 geben, wenn sie vom Laserstrahl 17 getroffen werden, in diesem Fall ein ihrem
horizontalen und vertikalen Abstand vom Flächenmittelpunkt proportionales Signal
ab, das gleich der Parallelabweichung der Vortriebsmaschine 1 ist. Auf diese Weise
lassen sich zwar keine stufenlosen, aber für die angestrebte Genauigkeit doch ausreichende
Korrektursignale erzeugen.
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Besonders bei großflächigem Empfänger 18 empfiehlt es sich, wie in
der Fig. 6 dargestellt ist, die Empfängerfläche 72 in einzelne, vorzugsweise quadratische
Felder 73 zu unterteilen. In jedem dieser
Felder 73, die sich nach
innen pyramidenförmig verjüngen, wird der auftreffende Laserstrahl 17 zum Feldmittelpunkt,
also zur Spitze der Pyramide, abgelenkt und über einen hier an Stelle der Fotodiod->
71 angeordneten Lichtleiter 74 der entsprechenden, auf einer rückwärtigen, verhältnismäßig
kleinen und daher preiswerteren Platte 75 angeordneten Fotodiode 71 zugeführt, die
die den Parallelabweichungen der Vortriebsmaschine 1 proportionalen Korrektursignale
auslöst.
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Kunststoffaserbündel bilden die dazu benutzten Lichtleiter 74, die
beispielsweise aus Polymethakrylsaureestern bestehen. In ihnen wir<l der eintretende
Laserstrahl 17 durch Totalreflexion praktisch verlastlos den Fotodioden 71 zugeleitet.
Die verhältnismäßig kleine mit Fotodioden 71 besetzte Platte 75 kann zusammen mit
den zugehörigen Leitungen in Gießharz vergossen und dadurch gegen Stöße urv Feuchtigkeit
besser geschützt werden. Sowohl die Empfängerfläche 7-als auch die Fläche des Gehäuses
14, durch die der Laserstrahl 17 austritt, sind, wie in dem Ausführungubeispiel
in der Fig. 6 dargestellt, durch einen Luftvorhang abgeschirmt, um sie vor Feuchtigkeitaniederschlag
und Verunreinigungen, die den Lichtdurchtritt reduzieren, zu schützen. Dazu dient
eine diese Fläche umgebend Ringleitung 76, die mit über ihren inneren Umfang verteilten
Düsen 77 versehen ist.
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Vor Beginn der Vortriebsarbeiten wird der in der Strecke 3 am Ausbau
aufgehängte Empfänger 18 geodätisch so ausgerichtet, daß sein Flächenmittelpunkt
einen Abstand vom Niveau der Streckensohle 11 hat, der gleich dem Abstand: Laserstrahl
- Unterkante Xaschinenfahrwerk ist und der außerdem auch in der senkrechten Symmetrieebene
des Streckenprofils liegt. Die vor der Ortabrust 2 stehende Vortriebsaxchine 1 soll
in dieser Situation möglichst die Mittellage in Bezug auf das Streckenprofil einnehmen.
Der Laser 16 befindet sich in seiner Sollstellung, in der er unverdreht und parallel
zur Maschinenachse liegt. Unter dem Einfluß der Schwerkraft steht die Rotationsachse
50 des kardanisch aufgehängten Kreisels 1Sa senkrecht und die Rotationsachse 51
des Kreisels 15b waagerecht. Letztere wird geodätisch so ausgerichtet, daß sie in
einer Querschnittsebene
der Strecke 3 liegt. Beim Einschalten
der beiden Kreisel 15s und 15b liegen die vor den Differenzverstärkern 62, 63, 64
anstehenden Sollwerte durch die Lage der Rotationsachsen 50, 51 der beiden Kreisel
15a und 15b fest. Die Istwerte dagegen werden durch die Lage des Lasers 16 und damit
durch die Lage der Vortriebsmaschine 1 bestimmt. Da die Vortriebsmaschine 1 aller
Voraussicht nach nicht parallel zur Streckenachse und auch nicht in einer Horizontalebene
stehen wird, korrigieren die in den Differenzverstärkeren 62, 63, 64 daraufhin auftretenden
Sollwert- Istwertdifferenzen über die Schrittmotoren 44, 45, 46 die Lage des Lasers
16 und richten ihn so aus, daß er horizontal und auch zur Streckenlängsachse parallel
liegt. Außerdem verdrehen sie ihn um seine Längsachse um den Krängungswinkel, d.
h. um den der Querneigung der Vortriebsmaschine 1 entsprechenden Winkel. Die zwischen
der Vortriebsmaschine 1 und der Streckenachse bestehenden Parallelabweichungen werden
durch den jetzt ausgerichteten und auf die Fläche 72 des Empfängers 71 fallenden
Laserstrahl 17 ermittelt. Ihre Größe ist dem horizontalen und/oder vertikalen Abstand
zwischen dem auf die Empfängerfläche 72 fallenden Laserstrahl 17 und dem Flächenmittelpunkt
proportional. Bereits beim Einschalten der Vortriebsmaschine 1 erhält der Rechner
20 daher alle Korrektursignale, die er benötigt, um den Aktionsbereich des Tragarmes
4 in Abhängigkeit von der augenblicklichen Lage der Vortriebsmaschine 1 so zu begrenzen,
daß dieser Aktionsbereich mit dem aufzufahrenden Strecken profil deckungsgleich
liegt. Außerdem gehen ihm auch ständig die Istwertsignale der Schrämwalzenkoordinaten
zu. Dazu ist die horizontale Tragarmschwenkachse 8 und auch die vertikale Tragarmschwenkachse
9 mit je einem Winkelkodierer 78 bzw. 79 gekuppelt, die über Zähler 80, 81 mit dem
Rechner 20 verbunden sind (Fig. 1).
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Die ihm über die Zähler 80, 81 zugehenden Istwerte vergleicht der
Rechner 20 mit den unter Berücksichtigung der gegebenenfalls anstehenden Korrektursignale
errechneten Sollwerten und unterbindet beim Sollwert- Istwertabgleich jede weitere
Tragarmbewegung in Richtung des Profilrandes der Ortsbrust durch den Bedienungsmann
der
Vortriebsmaschine.
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Benutzt man zur Steuerung des Tragarmes 4 einen Prozeßrechner 20,
der nach einem mathematischen Modell des aufzufahrenden Streckenquerschnittes programmiert
ist, so führt der Rechner 20 den Tragarm 4 und damit die Schrämwalze 5 unbeeinflußt
vom Bedienungsmann der Vortriebsmaschine 1 über die ganze Ortsbrust 2. Etwa in das
Gehäuse 14 der Vortriebsmaschine gelangende und die Meßergebnisse verfälachende
Erschütterungen lassen sich mit Hilfe des Prozeßrechners 20 weitgehend unterdrücken,
wenn man die die Maschinenabweichungen ermittelnden Messungen nur in bestimmten
Zeitintervallen vornimmt oder wenn der Rechner 20 die ihm stetig zugehenden Informationen
der Differenzvertärker 62, 63, 64 nur in festliegenden Zeitintervallen aufnimmt
und aus ihnen Mittelwerte bildet, die er beim Korrigieren des Tragarmschwenkbereiches
berücksichtigt.
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Treten während des Betriebes Lagenänderungen der Vortriebsmaschine
1 auf, so behalten die Rotationsachsen 50, 51 infolge der Trägheit der Kreisel 15a
und 15b ihre Richtung bei. Da beide Kreisel kardanisch aufgehängt und infolgedessen
um die sich rechtwinklig kreuzenden Achsen 57, 58 bzw. 55, 56 ihrer Aufhängung schwenkbar
sind, fUhren sie bei auftretenden Lagenänderungen der Vortriebsmaschine 1 Relativbewegungen
aus, deren Größe den Lagenänderungen der Vortriebsmaschine 1 proportional ist. Die
Winkelkodierer 52, 53, 54 ermitteln die Größe dieser Relativbewegung und erzeugen
ihnen entsprechend digitale Signale, die von den nachgeschalteten Zählern 59, 60,
61 in Analogsignale umgewandelt werden. Letztere stehen vor den Differenzverstärkern
59, 60, 61 als Sollwerte an, denen sich die von den Zählern 68, 69, 70 ausgehenden,
die Lage des sich verstellenden Lasers 16 wiedergebendenlstwerte angleichen. Der
Laser 16 wird daher von den beiden Kreiseln 15a und 15b gehalten und bleibt von
den Winkelabweichungen und Krängungen der Vortriebsmi schi ne 1 frei und deshalb
stets in einer gegenüber der Streckenachse unverdrehten,parallelen und außerdem
auch horizontalen bzw.
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zur Streckensohle parallelen Lage.
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Nur wenn die Vortriebsmaschine 1 lediglich eine Krängbewegung um den
Laserstrahl 17 ausführt, ändern sich die Koordinaten des Auftreffpunktes des Laserstrahls
17 auf der Empfängerfläche 72 nicht.
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Sonst sind alle Verstellbewegungen des Lasers stets mit einer Änderung
der X und Y Koordinaten des auf die Empfängerfläche 72 auftref-Beenden Laserstrahls
17 verbunden. Die erfindungagemäße Einrichtung erfaßt daher neben den Winkelabweichungen
und den Krängungen auch stets die Parallelabweichungen der Vortriebamaschine 1 und
leitet ihnen proportionale Signale dem Rechner 20 zu. Der Rechner kann, wie in der
deutschen Patentanmeldung P 24 58 514.6 beschrieben, ein Prozeßrechner sein, der
die Tragarmbewegung nach einem Programm des Speichers 21 steuert und/oder den Aktionsbereich
der Schrämwalze 5 auf die Sollage des aufzufahrenden Streckenquerschnittes 3 begrenzt
und die auftretenden Maschinenabweichungen dabei berücksichtigt.
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Es ist aber auch möglich, die in der deutschen Patentameldung P 24
27 816.8 beschriebene Einrichtung in einer entsprechend der Erfindung geänderten
Form zu benutzen. Bei der Einrichtung der vorgenannten Patentameldung ist an Stelle
des Rechner 20 eine in ihrer Ebene verschiebbare und verdrehbare, dem auf zufahrenden
Strekkenquerrchnitt geometrisch ähnliche. Schablone vorgesehen, deren Stellmechanismus
von den Krängungen und/oder den Parallelabweichungen der Vortriebsmaschine 1 proportionalen
Signalen gesteuert wird.
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Ferner ist hier eine die Schablone abtastende Lichtschranke vorhanden,
die den Sollwertkoordinatender Schrämwalze proportionale Signale erzeugt, denen
sich die durch den Winkelabweichungen proportionale Signale korrigierten Istwertsignale
der Schrämwalzenkoordinaten angleichen.