DE2458514C3

DE2458514C3 - Vortriebsmaschine mit einem an einem allseitig schwenkbaren Tragarm gelagerten Lösewerkzeug und Verfahren zu ihrem Betrieb

Info

Publication number: DE2458514C3
Application number: DE2458514A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Ing. 4630 Bochum Schnell
Original assignee: Gebr Eickhoff Maschinenfabrik u Eisengiesserei GmbH
Current assignee: AC Eickhoff GmbH
Priority date: 1974-12-11
Filing date: 1974-12-11
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2458514A1; DE2458514B2; ATA652575A; GB1496819A; AT355082B; US4023861A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vortriebsmaschine, die mit einem an einem allseitig schwenkbaren Tragarm gelagerten Lösewerkzeug ausgerüstet ist, dessen Aktionsbereich auf den durch einen in Tunnellängsrichtung verlaufenden Laserstrahl festgelegten Streckenquerschnitt begrenzt ist und die Einrichtungen zum Feststellen von Krängungen und Abweichungen der Vortriebsmaschine gegenüber einem Laserstrahl besitzt die den Abweichungen und/oder Krängungen proportionale Signale zur Korrektur, des Aktionsbereiches des Lösewerkzeuges erzeugen.

Es ist bereits ein Verfahren zum Begrenzen der Verstollbewegung eines an einem allseitig schwenkbaren Tragarm einer Vortriebsmaschine gelagerten Lösewerkzeuges auf den aufzufahrenden Streckenquerschnitt vorgeschlagen worden, bei dem die von einem Anschlag bzw. von 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 vorveröffentlichten Anmeldung werden die Sollwerte der Lösewerkzeugkoordinaten durch den Maschinenabweichungen entsprechende Signale und/oder durch den Abweichungen entsprechende Verstellbewegungen eines den Laserstrahl aufnehmenden Empfängers und/oder durch Drehen einer dem Streckenquerschnitt ähnlichen 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 dazu, die Sollwerte der Lösewerkzeugkoordinaten um eine den Abweichungen der Vortriebsmaschine entsprechende Größenordnung zu verändern, damit der Aktionsbereich des Lösewerkzeuges in seiner durch den Laserstrahl festgelegten Sollage bleibt. Dabei werden der Empfänger oder Teile des Empfängers durch den Laserstrahl ausgerichtet, während die Schablone nur durch die Schwerkraft ausgerichtet wird.

Außerdem hat man bereits vorgeschlagen, Vortriebsmaschinen, deren Lösewerkzeug an einem allseitig schwenkbaren Tragarm gelagert ist, mit Hilfe zweier KreiEelsysteme zu steuern, die beide in Querschnittsebenen der aufzufahrenden Strecke liegen und mit Vorrichtungen 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 Lösewerkzeugkoordinaten korrigieren. Auch hier wird eine dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt ähnliche Schablone von einer Reflektionslichtschranke abgetastet Ferner ist ein die Schablone in ihrer Ebfne zusammen mit dem Stellmechanismus ihrer Lichtschranke verschiebender und drehender Stellmechanismus vorgesehen, der von den Signalen der Empfängerfläche gesteuert wird. Bei dieser Vortriebsmaschine ermitteln die beiden Kreiselsysteme einmal die Winkelabwei- ic chungen der Maschine und korrigieren die Istwerte der Lösewerkzeugkoordinaten, während die Empfängerfläche die Parallelabweichungen der Maschine feststellt und die Schablone zusammen mit dem Stellmechanismus ihrer Lichtschranke entsprechend verschiebt. Andererseits ermitteln die Kreiselsysteme aber auch die Krängungen der Vortriebsmaschine, und zwar im Zusammenwirken mit der Empfängerfläche, und korrigieren sie durch Verdrehen der Schablone.

Ziel der Erfindung ist es, bei einer Vorfiebsmaschine der eingangs genannten Gattung den Aktionsbereich des Lösewerkzeuges auch ohne Schablone auf das herzustellende und durch einen Laserstrahl fixierte Streckenprofil zu beschränken.

Dazu geht die Erfindung von einer Vortriebsmaschine mit einem an einem allseitig schwenkbaren Tragarm gelagerten Lösewerkzeug aus, dessen Aktionsbereich auf den durch einen in Tunnellängsrichtung ν erlaufenden Laserstrahl festgelegten Streckenquerschnitt begrenzt ist, die Einrichtungen zum Feststellen von Krängungen und Abweichungen der Vortriebsmaschine gegenüber einem Laserstrahl aufweist, welche den Abweichungen und/oder Krängungen proportionale Signale zur Korrektur des Aktionsbereiches des Lösewerkzeuges, erzeugen. Zur Lösung des Erfindungsproblems wird vorgeschlagen, die Vortriebsmaschine mit einem Rechner auszurüsten, 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 Lösewerkzeugkoordinaten verlaufende Grenzwertkoordinate errechnet, die einen Punkt der Bewegungsbahn festlegt, auf der sich die Mitte des Lösewerkzeuges bei einem das Streckenprofil tangierenden, zu ihm parallelen Schnitt bewegen würde und diese Grenzwertkoordinate mit der anderen Istwertkoordinste des Lösewerkzeuges vergleicht sowie jede über den errechneten Grenzwert hinausgehende Lösewerkzeugbewegung unterbindet.

Durch das vom Rechner auf diese Weise ermittelte Grenzwertsignal wird die Schwenkbewegung des Tragarmes stets so begrenzt, daß die Schrämwalze nicht über den Rand des aufzufahrenden Streckenquerschnittes hinauslaufen kann. Der herzustellende Streckenquerschnitt hat daher nicht nur die geforderte Form und Größe, sondern auch eine in bezug auf den Laserstrahl bestimmte Lage. Schablonen und die zugehörigen Stellmechanismen, die bei den älteren Vorschlägen zur f>o Begrenzung der Tragarmschwenkbewegung erforderlich sind, fallen weg. Dadurch wird der Aufbau der Maschinensteuerung einfacher und übersichtlicher und die Steuerung selbst auch betriebssicherer.

Es ist daher auch möglich, den Rechner mit einem die '" Tragarmschwenkbewegung steuernden Programm auszustatten. Die Vortriebsmaschine kann dann die Ortsbrusl ohne Hilfe des Bidienungsmannes hereingewinnen, der in diesem Fall nur noch Überwachungsfunktionen wahrzunehmen hat

Zweckmäßigerweise wird das Lösewerkzeug vom Rechner mittels zu einer der Achsen des Koordinatensystems parallelen hin- und hergehenden Schwenkbewegung des Tragarmes über die ganze Ortsbrust geführt und am Ende der Tragarmschwenkbewegung — bevor der Tragarm seine Bewegungsrichtung umkehrt — das Lösewerkzeug vom Rechner um einen höchstens dem Lösewerkzeugdurchmesser entsprechenden Schritt parallel am Rand des Streckenprofils entlanggeführt und nach der letzten Tragarmschwenkbewegung wieder in seine Ausgangslage zurückgeschwenkt

Weiterhin ist es möglich, das Lösewerkzeug vom Rechner auf zum Rand des Streckenprofils parallelen Bahnen über die Ortsbrust zu führen. Auch auf diese Weise läßt sich das Lösewerkzeug mit Hilfe des Rechners stets innerhalb des aufzufahrenden Streckenquerschnittes halten und selbsttätig über die Ortsbrust bewegen.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann der zum Rand des Streckenprofils parallele Weg des Lösewerkzeuges in zwei Komponenten zerlegt werden, von denen die zur. hin- und hergehenden Lösewerkzeugbewegung bzw. zur Streckensohle rechtwinklige Komponente in vorgegebene, gleichgroße Schritte unterteilt ist, denen der Rechner jeweils eine zur hin- und hergehenden Lösewerkzeugbewegung oder zur Strekkensohle parallele Komponente in Richtung und Größe zuordnet, die beide gleichzeitig vom Lösewerkzeug durchfahren werden. Wählt man eine dichte, aus kleinen Schritten bestehende Schrittfolge, so wird das Lösewerkzeug unter Bildung entsprechend kleiner Stufen dem Rand des Streckenprofils folgen und wegen des im Verhältnis zu den Abmessungen der. Stufen großen Lösewerkzeugdurchmessers ein praktisch glattes Strekkenprofil schneiden.

Es empfiehlt sich, das Lösewerkzeug zunächst etwa in der Mitte des Streckenprofils anzusetzen und zunächst hier einen dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt ähnlichen Einbruch herzustellen, den das Lösewerkzeug bis auf den vollen Streckenquerschnitt erweitert. Außerdem ist es zweckmäßig, mit dem Lösewerkzeug zunächst nur den mittleren Teil des Streckenquerschnittes bis in die unmittelbare Nähe des Profilrandes zu lösen und danach erst das Lösewerkzeug mit verminderter Vorschubgeschwindigkeit am Rand des Streckenprofils entlangzuführen. Bei dieser Arbeitsweise werden Erschütterungen der Vortriebsmaschine, die die Führung des Löse Werkzeuges beeinträchtigen könnten und es gegebenenfalls über den Streckenquerschnitt hinauslaufen lassen würden, nur im inneren Bereich des Streckenprofils, wo sie die Profilgenauigkeit nicht beeinflussen, wirksam, während der das genaue Streckenprofil herstellende letzte Lösewerkzeugschnitt, der mit verminderter Vorschubgeschwindigkeit ausgeführt wird, ohne daß große Erschütterung abläuft und deshalb keine merklichen Abweichungen des Werkzeuges aus der angestrebten Position zur Folge hat.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert. Es zeigt:

Fi g. 1 eine Vortriebsmaschine in Seitenansicht;

Fig. 2 den Streckenquerschnitt mit drei schematisch dargestellten Löse werkzeuglagen;

Fig. 3 einen schemaiisJien Grundriß der Vortriebs maschine mit der als Blockschaltbild dargestellten Steuerung;

Fig.4 den aufzufahrenden Streckenquerschnitt mit dem Arbeitsweg eines hin- und hergehend geführten Lösewerkzeuges;

Fig. 5 den aufzufahrenden Streckenquerschnitt mit dem Arbeitsweg des einen Einbruch in der Mitte des Streckenquerschnittes erweiternden, parallel zum Rand des Streckenquerschnittes geführten Lösewerkzeuges.

Die Vortriebsmaschine 1 bearbeitet die Ortsbrust 2 der aufzufahrenden Strecke 3 mit Hilfe ihrer Schrämwalze 4, die von dem um die horizontale Achse 5 und um die vertikale Achse 6 schwenkbar gelagerten Tragarm 7 gehalten wird. Doppelseitig beaufschlagbare Stellzylinderpaare 8 bzw. 9 erzeugen die Tragarmbewegung der Vortriebsmaschine 1. Letztere ist mittels Raupenfahrwerk 10 auf der Streckensohle 11 verfahrbar und nimmt das anfallende Haufwerk mit ihrer Ladeschaufel 12 auf, um es über das Fördermittel 13 nach hinten auszutragen (F ig. 1).

Ein innerhalb der Strecke 3 angeordenter Laser 14 gibt der Vortriebsmaschine 1 die Abbaurichtung an. Sein Strahl 15 fällt auf die Fläche. 16 des auf der Vortriebsmaschine 1 befindlichen Empfängers 17, der von nicht gezeichneten Stellmotoren vertikal und horizontal verschoben werden kann. Ausgelöst wird diese Verschiebebewegung immer dann, wenn der Laserstrahl 15 nicht auf den Mittelpunkt der Fläche 16 fällt. Da diese Verschiebebewegung stets so gerichtet ist, daß sie den Flächenmittelpunkt des Empfängers 17 wieder mit dem Laserstrahl 15 zur Deckung bringt, ist sie identisch mit der horizontalen und/oder vertikalen jo Abweichung der Vortriebsmaschine 1 aus ihrer Sollage (Fig. 3).

Winkelabweichungen der Vortriebsmaschine 1 gegenüber dem Laserstrahl 15 oder Krängungen um die Vortriebsmaschinenlängsachse 18 können beispielsweise mit Hilfe zweier nicht dargestellter Kreisel, von denen einer um eine horizontale, in einer Querschnittsebene der Strecke 3 liegende, und der andere um eine in einer Querschnittsebene der Strecke liegende, vertikale Achse rotiert, erfaßt werden. Diese beiden Kreisel « befinden sich in dem Gehäuse 19 der Vortriebsmaschine 1. Der Empfänger 17 erfaßt alle horizontalen und alle vertikalen Abweichungen der Vortriebsmaschine 1 gegenüber dem Laserstrahl 15, dagegen werden die Winkelabweichungen, d. h. die Schieflagen der Maschi- *5 nenlängsachse 18 gegenüber dem Laserstrahl 15 sowie die Krängungen, das sind Verdrehungen der Vortriebsmaschine 1 um ihre Längsachse 18, von den beiden Kreiseln des Gehäuses 19 ermittelt und ihnen proportionale Signale dem Rechner 20 zugeführt. J0 Neben diesen den Abweichungen der Vortriebsmaschine 1 proportionalen Signalen stehen dem Rechner 20 aus dem Speicher 21 auch ständig alle Profildaten der aufzufahrenden Strecke 3 zur Verfugung. Außerdem gehen ihm ständig den Istwertkoordinaten der Schrämwalze 4 proportionale Signale zu. Beide Tragarmschwenkachsen 5, 6 stehen deshalb mit je einem Winkelkodierer 22, 23 in Verbindung, so daß sich jede Schwenkbewegung des Tragarmes 7 dem zugeordneten Winkelkodierer 22 oder 23 mitteilt und ihn zur Abgabe ^h" elektrischer Impulse veranlaßt, deren Anzahl der Größe des Tragarmschwenkwinkels direkt proportional ist. Zähler 24, 25 wandeln diese Impulse in Analogsignale um, die dem Rechner 20 als Istwertsignale zugehen und daher den in der F i g. 2 dargestellten, mit Yi₁, bzw. Xu, >; bezeichneten Lösewerkzeugkoordinaten proportional sind.

Die jeweils vorhandene V7_srKoordinate veranlaßt den Rechner 20, die Profildaten vom Speicher 21 abzurufen, die er zur Berechnung der zugehörigen Grenzwertkoordinaten Xcrcm benötigt. So legt beispielsweise der Rechner 20 bei vorgegebener Koordina· te V/s,/ durch die Koordinate Xgkmi zwei sich gegenüberliegende Punkte Ai einer Bahn 26 fest, die im Abstand des Lösewerkzeugradius vom Streckenprofil, zu letzterem parallel, innerhalb des Streckenquerschnittes verläuft. Er verhindert so jede über die beiden Punkte Ai in Richtung auf das Streckenprofil hinausgehende Lösewerkzeugbewegung. Ändert sich die Lage und damit die K-Koordinate des Lösewerkzeuges 4, so verändern sich augenblicklich auch die vom Rechner 20 ermittelten Grenzwerte Xcrcm- Geht also das als Schrämwalze ausgebildete Lösewerkzeug 4 von der Lage 1 in die Lage U oder III über, so ändern sich mit den Istwertsignalen Yi_s,n bzw. Yi₅, m auch die Grenzwertkoordinaten und nehmen die Größe Xcrcmii bzw Xcrem in an, durch die die Punkte Au bzw. Am der Bahn

26 festliegen. Auch die V/_S(-Koordinate des Lösewerkzeuges 4 wird ständig vom Rechner 20 überwacht, um zu verhindern, daß das Lösewerkzeug bis unter das Sohlenniveau abgesenkt bzw. bis über die Firsthöhe der aufzufahrenden Strecke 3 angehoben wird.

Bei eingeschaltetem Rechner 20 kann der Bedienungsmann der Vortriebsmaschine 1 den Tragarm 7 beliebig über den Querschnitt der Ortsbrust 2 schwenken, ohne mit der Schrämwalze 4 bei in der Sollage befindlicher Vortriebsmaschine 1 über den Rand des Streckenprofils hinausfahren zu können. Selbst Abweichungen der Vortriebsmaschine 1 von ihrer Sollage beeinträchtigen die Genauigkeit des auf diese Weise hergestellten Streckenprofils nicht, weil det Rechner 20 mittels der Korrektursignale des Empfän gers 17 und der Kreisel diese Abweichungen beirr Ermitteln der Grenzwerte ausgleicht.

Mit Hilfe des Hand-Stellschalters 27 (F i g. 3) wird dei Tragarm 7 sowohl in der Vertikalen als auch in det Horizontalen verstellt. Die vom Hand-Stellschalter 2/ ausgehenden Steuerimpulse gelangen über den Umschalter 28 zum UND-Gatter 29, das auch mit derr Rechner 20 über eine Leitung 30 verbunden ist, odei aber sie wirken über die Leitung 31 direkt auf da; elektrohydraulische Steuerelement 32 ein, das die Beaufschlagung des Stellzylinderpaares 8 steuert.

In der strichpunktierten Stellung des Umschalters 28 in der das Ausgangssignal des Hand-Stellschalters 2Ί über die Leitung 31 direkt dem elektrohydraulischer Steuerelement 32 zugeht und das Stellzylinderpaar 8 ir der gewünschten Richtung und Größe beaufschlagt, is der Rechner 20 nicht eingeschaltet, und es erfolgt keine Begrenzung der Tragarmschwenkbewegung. Der Bc dienungsmann der Vortriebsmaschine 1 kann daher da: Lösewerkzeug 4 im Bedarfsfall bis über den Rand de: Streckenprofils hinausfahren.

Hat der Umschalter 28 dagegen die ausgezogem Lage eingenommen, so geht der vom Hand-Stellschaltei

27 stammende Steuerimpuls dem UND-Gatter 29 zu Neben dem Steuersignal des Hand-Stelischalters 2i steht vor dem UND-Gatter 29 ein Ausgangssignal de: Rechners. 20 an, wenn eine Grenzwert-Istwertdifferen; der Lösewerkzeugkoordinaten, also der Abszissen vorhanden ist Diese Grenzwert-Istwertdifferenz mach das UND-Gatter 29 für das Signal des Hand-Stellscha! ters 27 durchlässig, und das Lösewerkzeug 4 kant innerhalb des Streckenprofils bewegt werden. Bein Grenzwert-lstwertabgleich bleibt das Signal des Rech nerausgangs 30 aus, folglich sperrt das UND-Gatter 2<

und unterbindet jede über den Profilrand hinausgehende Werkzeugbewegung. Selbstverständlich muß die Schaltung so ausgelegt sein, daß der Tragarm 7 der Vortriebsmaschine 1 an einer weiteren Bewegung über den Profilrand hinaus gehindert wird, jedoch in den Bereich des Streckenquerschnittes zurückgeschwenkt werden kann.

Über den mit dem Umschalter 28 gekoppelten Schalter 33 läßt sich auch der Rechnerausgang 34 mii dem UND-Gatter 29 verbinden. Umschalter 28 und Schalter 33 sind so miteinander gekoppelt, daß bei eingerücktem Umschalter 28 der Schalter 33 ausgerückt ist und umgekehrt.

Das in der F i g. 3 dargestellte Schaltschema zeigt nur den Teil der Steuerung, der für die Beaufschlagung des '5 elektro-hydraulischen Steuerelementes 32 zuständig ist und es in einer Richtung beaufschlagt, in der sich der Tragarm 7 der Vortriebsmaschine 1 um die Achse 6, beispielsweise nach rechts, bewegt. Für die entgegengesetzte Schwenkbewegung ist ein entsprechend ausgebil- ^M deter, nicht dargestellter Schaltungsteil erforderlich, der seine Steuerimpulse, gleichfalls vom Hand-Stellschalter 27 oder vom Rechner 20 erhält. Auch das elektro-hydraulische Steuerelement 35 wird in der geschilderten Weise über zwei eigene Schaltungen von dem einzigen Hand-Stellschalter 27, gegebenenfalls in Verbindung mit dem Rechner 20, oder auch nur vom Rechner, gesteuert.

Wie bereits ausgeführt, ermittelt der Rechner 20 unter Berücksichtigung der Maschinenabweichungen mit Hilfe der ihm vom Speicher 21 zugehenden Daten die Grenzwerte des aufzufahrenden Streckenquerschnittes. Diese Daten bestehen aus der mathematischen Funktion des Streckenprofils bzw. den mathematischen Funktionen der einzelnen Streckenprofilabschnitte sowie den Profilradien R, die die Profilabmessungen bestimmen, und den Koordinaten der Mittelpunkte M dieser Radien R. Zusätzlich liefert der Speicher 21 auch ein Programm für den eigentlichen Lösevorgang und legt damit den Weg, den die Schrämwalze 4 auf der Ortsbrust beschreibt, fest. Die dabei vom Rechner 20 unter Benutzung des Löseprogrammes und der gegebenenfalls auftretenden Korrektursignale erzeugten Steuersignale stehen bei eingerücktem Schalter 33 vor dem UND-Gatter 29 an. Sie « wirken immer dann auf das elektro-hydraulische Steuerelement 32 ein, wenn dem UND-Gatter 29 gleichzeitig auch ein der Grenzwert-Istwert-Differenz entsprechendes Signal des Rechners 20 zugeht, und führen das Lösewerkzeug in einem bestimmten Rhythmus über die Ortsbrust. Der Bedienungsmann der Vortriebsmaschine 1 übt in diesem Fall nur eine Überwachungsfunktion aus.

So wird beispielsweise in der F i g. 4 die Schrämwalze 4 vom Rechner 20 mit Hilfe des ihm vom Speicher 21 zugehenden Löseprogramms in hin- und hergehenden, zur Streckensohle 11 parallelen Schritten in Pfeilrichtung 36 über die Ortsbrust 2 geführt In diesem Ausführungsbeispiel fällt die Streckensohle 2 mit der X-Achse des Koordinatensystems zusammen, daher ist das Istwertsignal dem Abstand G der jeweiligen horizontalen Bewegungsebene des Tragarms 7 von der Streckensohle 11 proportional. Mit Hilfe dieses Istwertsignals ruft der Rechner 20 vom Speicher 21 die zugehörigen Funktionswerte des Streckenprofils sowie ^ß5 die die Profilabmessungen des aufzufahrenden Strekkenquerschnittes bestimmenden Profildaten ab. Aus diesen Speichersignalen und den gegebenenfalls auftretenden Maschinenabweichungen, die von den beiden Kreiseln und/oder vom Empfänger 17 ermittelt werden, bildet der Rechner 20 in Abhängigkeit von der jeweiligen Bewegungsrichtung des Tragarmes 7 ein Ausgangssignal, das als Grenzwert vor dem UND-Gatter 29 ansteht. Dieser Grenzwert bestimmt den Endpunkt der horizontalen Tragarmbewegung in der jeweiligen Bewegungsrichtung. Erreicht der Tragarm 7 seine durch den Grenzwert vorgegebene Endlage, so befindet sich die Schrämwalze 4 am Rand des herzustellenden Streckenquerschnittes, in der mit B bezeichneten Stellung (Fig. 4), und der Istwert des Zählers 25 hat sich dem vom Rechner 20 ermittelten Grenzwert angeglichen. In dieser Situation sperrt das UND-Gatter 29 und verhindert jede weitere über das Streckenprofil hinausgehende Schwenkbewegung des Tragarmes 7. Ein daraufhin vom Programm des Speichers 21 ausgelöstes Ausgangssignal des Rechners 20, das dem Schaltungsteil zugeht, welcher auf das elektro-hydraulische Steuerelement 35 einwirkt, hebt nunmehr über das Stellzylinderpaar 9 den Tragarm 7 an, bis der vom Winkelkodierer 22 der Schwenkachse 5 erzeugte Istwert sich dem Sollwert, also dem Ausgangssignal des Rechners 20, angepaßt hat. Das vom Rechner 20 mit Hilfe des Speicherprogramms vorgegebene Sollwertsignal hebt die Schrämwalze 4 höchstens um den Walzendurchmesser vertikal bis zur Stellung ß'an. Diese Schrämwalzenbewegung ist in vorgegebene einzelne Schritte, von beispielsweise 1 cm Größe, unterteilt und wird vom Rechner 20 fortlaufend überwacht, d. h. der Rechner 20 ermittelt nach jedem dieser Schritte, die in der jeweiligen horizontalen Schrittebene befindlichen beiden Punkte der Bahn 26 und korrigiert mittels der Grenzwert-Istwertabweichungen, die das UND-Gatter 29 für die Signale des Rechnerausgangs 34 öffnen, ständig die Schrämwalzenlage in den einzelnen horizontalen Schrittebenen und führt so die Schrämwalze 4 am Profilrand des Streckenquerschnittes entlang, bis sie ihre neue horizontale Arbeitsebene, in der sie die mit B' bezeichnete Lage einnimmt, erreicht hat. Infolgedessen macht die Schrämwalze 4, wenn die Streckenstöße nicht senkrecht stehen, bei dieser vertikalen Tragarmbewegung, von jeder Schrittebene ausgehend, gleichzeitig eine horizontale Bewegung, die sich der stetig ablaufenden Vertikalbewegung überlagert und die, weil der Schrämwalzendurchmesser im Verhältnis zum Schrittmaß sehr groß ist, in der Streckenwand keine merkliche Stufung zurückläßt. Durch das Speicherprogramm liegt die Höhe des vertikalen Walzenschrittes fest. Folglich kann der Rechner 20 am Ende dieses Schrittes die in Richtung des Pfeiles 37 verlaufende horizontale Tragarmbewegung einleiten und die Schrämwalze 4 über die ganze Breite der Ortsbrust 2 wieder zum gegenüberliegenden Streckenstoß zurückführen. Auf diese Weise wird die ganze Ortsbrust 2 in Form von horizontalen Streifen gelöst und der Tragarm 7, nachdem die Schrämwalze 4 auch die Streckenfirst freigeschnitten hat selbsttätig wieder in seine Ausgangslage zurückgeführt Ausgangslage ist hier die Lage, in der der Tragarm 7 in die Ortsbrust eingefahren wurde. Das kann eine Lage sein, in der die Schrämwalze 4 in der Ebene der Streckensohle 11 in eine Ecke des Streckenprofils in die Ortsbrust 2 eindringt. Es ist aber auch möglich, die Schrämwalze mit horizontal liegendem Tragarm 7 in die Mitte der Ortsbrust 2 einzufahren und diese Lage als Ausgangslage anzusprechen. In diesem Fall wird der Einbruch anschließend von der

Schrämwalze 4 horizontal bis zum Rand des Streckenprofils und danach in der vorbeschriebenen Weise streifenförmig zur Streckenfirst oder zur Streckensohle hin erweitert und, je nachdem, ob zunächst der obere oder aber der untere Teil der Ortsbrust 2 hereingewonnen worden ist, anschließend der jeweils noch anstehende Teil der Ortsbrust 2 abgebaut.

Es ist aber auch möglich, die Ortsbrust 2, wie in der F i g. 5 dargestellt, abzubauen. Hier wird die Schrämwalze 4 auf zum Streckenprofil parallelen Bahnen 38 über die Ortsbrust 2 geführt und der in der Mitte des Streckenprofils von der Schrämwalze 4 bereits hergestellte Einbruch 39 über seinen ganzen Umfang bis auf den vollen Streckenquerschnitt erweitert. Dabei umläuft die Schrämwalze 4 ständig den Einbruch 39 bis zum Ausgangspunkt ihres Schnittes, den sie, wie die Fig. 5 zeigt, nach einem Umlauf gerade wieder erreicht hat. In dieser Stellung wird sie abgesenkt, und zwar höchstens um das Maß ihres Durchmessers — in die Stellung C-, bevor der nächste Umlauf, also der nächste Schnitt, beginnt, bei dem die Walzenmitte sich auf der Bahn 38' bewegt. Diese einzelnen Schritte wiederholen sich, bis der ganze Streckenquerschnitt gelöst worden ist.

Auch dieser Lösevorgang läuft nach einem Programm des Speichers 21 ab und wird vom Rechner 20 unter Berücksichtigung der auftretenden Maschinenabweichungen und der Daten des aufzufahrenden Streckenquerschnittes, also der mathematischen Funktion des Streckenprofils bzw. der einzelnen Profilabschnitte und der Profilradien R sowie der Koordinaten ihrer Mittelpunkte M, gesteuert. Die Schrämwalzen-Jcoordinaten stehen auch hier als Istwerte, die von den Winkelkodierern 22, 23 ermittelt und von den Zählern 24, 25 in analoge Werte umgesetzt werden, vor dem Rechner 20 an. Aus dem Istwertsignal des Winkelkodierers 22, das in diesem Ausführungsbeispiel dem Abstand D der Schrämwalzenmitte von der Streckensohle 11 proportional ist, ermittelt der Rechner 20 mit Hilfe des Speicherprogramms, der Profildaten und der gegebenenfalls vorhandenen Maschinenabweichungen den Endpunkt E der zur Streckensohle 11 parallelen Schrämwalzenbewegung und bedient das UND-Gatter 29 mit einem entsprechenden Grenzwertsignal, das die horizontale Walzenbewegung begrenzt. Beim Grenzwert-Istwertabgleich endet die horizontale Tragarmbewegung. Der Rechner 20 leitet daraufhin mit Hilfe des Abbauprogramms des Speichers 21 die Hubbewegung der Schrämwalze 4 ein, die auch hier in kleine, etwa 1 cm betragende senkrechte Schritte unterteilt ist. Jedem dieser Schritte ordnet der Rechner, wegen der Bogenform der Streckenstöße, ein stets neu ermitteltes, von der senkrechten Symmetrieebene F-F des Strekkenprofils ausgehendes Grenzwertsignal zu, daß vor dem UND-Gatter 29 ansteht, es durchlässig macht und außerdem im Rechner 20 mit dem hier vorhandenen Istwert verglichen wird. Durch den Grenzwert-Istwertabgleich wird die Walzenlage in der jeweiligen Horizontalebene so korrigiert, daß die Schrämwalze 4 sich unter dem gleichzeitigen Einfluß der Hubbewegung auf der zum Streckenstoß parallelen Bahn 32' bewegt. ErreVht die Schrämwalze 4 die First, und zwar die höchste Stelle des jeweils hergestellten Einbruches 39, so kehrt der Rechner 20 auf Grund des Speicherprogramms die Bewegungsrichtung des Tragarmes 7 um, und die Hubbewegung der Schrämwalze 4 geht in eine Senkbewegung über, die gleichfalls in einzelne Schritte unterteilt ist, in denen die Walzenlage horizontal korrigiert wird. So wie die Schrämwalze 4 das ihr vom Programm des Speichers 21 vorgegebene Niveau erreicht hat, endet die Absenkbewegung. Sie geht dann wieder in eine zur Streckensohle parallele, horizontale Bewegung über, die die Schrämwalze 4 in ihre in der Fig.5 dargestellte, mit C bezeichnete Ausgangslage zurückführt.

Das Maß der jetzt erneut einsetzenden Absenkbewegung, das nicht größer als der Walzendurchmesser sein darf, wird vom Rechner 20 bestimmt und liegt durch das Abbauprogramm des Speichers 21 fest. Es wird bei der Programmfestlegung anhand des aufzufahrenden Strekkenquerschnittes bestimmt und auf diesen Querschnitt abgestellt. Die Größe dieser Absenkbewegung kann so vorgegeben sein, daß der Einbruch in Richtung auf die Streckensohle oder auf die Streckenfirst bei jedem Umlauf der Schrämwalze 4 stärker erweitert wird als in Richtung zu den beiden Streckenstößen. Man erreicht dadurch, daß die Schrämwalze 4 bis zum letzten Schnitt im Eingriff bleibt und nicht auf einzelnen Abschnitten des Streckenprofils leer umläuft.

Außerdem ist es zweckmäßig, den letzten Schnitt, der das genaue Streckenprofil freilegt, mit verminderter Vorschubgeschwindigkeit auszuführen, um die Erschütterungen der Vortriebsmaschine 1 und die dadurch verursachten Profilungenauigkeiten zu reduzieren.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vortriebsmaschine mit einem an einem allseitig schwenkbaren Tragarm gelagerten Lösewerkzeug, dessen Aktionsbereich auf den durch einen in Tunnellängsrichtung verlaufenden Laserstrahl festgelegten Streckenquerschnitt begrenzt ist, die Einrichtungen zum Feststellen von Krängungen und Abweichungen der Vortriebsmaschine gegenüber einem Laserstrahl besitzt, welche den Abweichungen und/oder Krängungen proportionale Signale zur Korrektur des Aktionsbereiches des Lösewerkzeuges erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortriebsmaschine (1) mit einem Rechner (20) ausgerüstet ist, der mit Hilfe eines das ι⁵ Streckenprofil in Form und Größe bestimmenden mathematischen Programms und eines einer Istwertkoordinate des Lösewerkzeuges (4) proportionalen Signale sowie gegebenenfalls auftretender Korrektursignale fortlaufend eine zu dieser Istwert- !coordinate rechtwinklige, durch den Schnittpunkt der Lösewerkzeugkoordinaten verlaufende Grenzwertkoordinate (Xcntuwert) errechnet, die einen Punkt der Bewegungsbahn (38,38', 26) festlegt, auf der sich die Mitte des Lösewerkzeuges (4) bei einem das Streckenprofil tangierenden, zu ihm parallelen Schnitt bewegen würde, und diese Grenzwertkoordinate mit der anderen Istwertkoordinate des Lösewerkzeuges (4) vergleicht sowie jede über den errechneten Grenzwert hinausgehende Lösewerkzeugbewegung unterbindet

2. Vortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (20) mit einem die Tragarmbewegung steuernden Programm ausgestattet ist.

3. Verfahren zum Lösen der Ortsbrust mit einer Vortriebsmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösewerkzeug (4) vom Rechner (20) mittels zu einer der Achsen (X, Y) eines Koordinatensystems paralleler, hin- und hergehender Schwenkbewegungen des Tragarmes (7) über die ganze Ortsbrust (2) geführt und am Ende der Tragarmschwenkbewegung — bevor der Tragarm (7) seine Bewegungsrichtung umkehrt — das Lösewerkzeug (4) vom Rechner (20) um einen höchsten dem Lösewerkzeugdurchmesser entsprechenden Schritt parallel am Rande des Streckenprofils (2) entlanggeführt und nach der letzten Tragarmschwenkbewegung wieder in seine Ausgangslage zurückgeschwenkt wird.

4. Verfahren zum Lösen der Ortsbrust mit einer Vortriebsmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösewerkzeug (4) vom Rechner (20) mittels zum Rande des Streckenprofils (2) paralleler Bahnen (38, 38') über die Ortsbrust (2) geführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Rand des Streckenprofils (2) parallele Weg des Lösewerkzeugs (4) in zwei Komponenten zerlegt wird, von denen die zur hin- und hergehenden Lösewerkzeugbewegung bzw. zur Streckensohle (11) rechtwinklige Komponente in vorgegebene, gleichgroße Schritte unterteilt ist, denen der Rechner (20) jeweils eine zur hin- und hergehenden Lösewerkzeugbewegung oder *>*· zur Streckensohle (11) parallele Komponente in Richtung und Größe zuordnet, die beide gleichzeitig vom Lösewerkzeug (4) durchfahren werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösewerkzeug (4) zunächst etwa in der Mitte des Streckenprofils einen dem aufzufahrenden Streckenquerschnitt ähnlichen Einbruch (39) herstellt, den es bis auf den Streckenquerschnitt erweitert

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß das Lösewerkzeug (4), nachdem es die Ortsbrust (2) bis in die unmittelbare Nähe des Profilrandes gelöst hat mit verminderter Vorschubgeschwindigkeit am Rande des Streckenprofils entlanggeführt wird.