DE4131673A1 - Steuereinrichtung fuer eine tunnelbohrmaschine - Google Patents
Steuereinrichtung fuer eine tunnelbohrmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur
Steuerung des Vortriebs eines Vortriebskopfes,
beispielsweise für eine Tunnelbohrmaschine), mit einem
Signalgeber, von welchem Steuersignale im Sinne einer
Führung des Vortriebskopfes längs einer vorgegebenen Bahn
ableitbar sind.
Es ist bekannt, bei Tunnelbohrmaschinen die Vermessung und
Steuerung des Vortriebs des Vortriebskopfes beispielsweise
durch einen Theodoliten oder einen Laserstrahl als Leit
strahl vorzunehmen, vgl. z. B. D. Stein, K. Möllers und R.
Bielecki; "Leitungstunnelbau"; Ernst und Sohn, Verlag für
Architektur und technische Wissenschaften, Berlin 1988,
Seiten 195 bis 204. Dabei trifft der Laserstrahl über
grössere Entfernungen auf eine mit Photodioden besetzte
Zieltafel, die als Matrix geschaltet ist und sich im Vor
triebskopf der Tunnelbohrmaschine befindet. Bei kleineren
Entfernungen bis zu 40 Meter kann auch ein Theodolit in
Verbindung mit einer beleuchteten Zielscheibe im
Vortriebskopf eingesetzt werden.
Weicht der Vortrieb des Vortriebskopfes von der Ausrich
tung zu der Sollachse ab, die durch den Laserstrahl vorge
geben wird, so werden außermittig an der Zielscheibe
angeordnete Photodioden von dem Laserstrahl beaufschlagt.
Dadurch werden Steuersignale erzeugt, die auf die Steuer
einheit des Vortriebskopfes einwirken und dadurch den
Vortrieb wieder auf die Ausrichtung zur Sollachse zurück
führen.
Die Verwendung eines Laserstrahls, also eines Lichtstrahls
zur Steuerung des Vortriebs ist mit einer Reihe von
Nachteilen verbunden, die durch die Eigenschaften des
Laserstrahls bedingt sind und die Durchführung der
Steuerung negativ beeinflussen. Dazu gehört, daß
ungleichmäßige Erwärmungen der Luft im Tunnelrohr
Luftschichtungen hervorrufen können, die den Laserstrahl
brechen und dadurch eine bogenförmige Abweichung von der
Sollachse bewirken. Durch Luftturbulenzen im Tunnelrohr
kann der Laserstrahl ferner so weit deformiert werden,
daß die Steuerung unmöglich gemacht wird. Wird der Vor
triebsweg durch Hindernisse so stark aus dem vorgeschrie
benen Vortriebsweg gedrängt, daß der Laserstrahl nicht
mehr auf die Zieltafel trifft, wird die Vortriebssteuerung
ebenfalls unmöglich gemacht. Schließlich besteht ein
grundsätzlicher Nachteil der Laserstrahlsteuerung darin,
daß wegen der geradlinigen Fortpflanzung des Laserstrahls
ein gekrümmter Vortriebsweg nicht durchlaufen werden kann.
Aus der genannten Literaturstelle (Seiten 201 und 202) ist
weiterhin eine Laser-Positions- und Richtungsüberwachungs
einrichtung bekannt, bei welcher ein mit einer Vortriebs
maschine verbundenes optisches Empfangsgerät "aktive
Zieltafeln" aufweist, die von einem Laserstrahl beauf
schlagt sind und Ablagesignale liefern. In dem optischen
Empfangsgerät sind zwei um 90° versetzte Neigungsmesser
vorgesehen, welche den Rollwinkel und den Nickwinkel des
Empfangsgerätes liefern. Aus den Ablagesignalen und Roll-
und Nickwinkel liefert ein Steuerrechner die Parallelab
weichungen sowie den Gierwinkel bezogen auf den
Laserstrahl.
Auch hier wird die Vortriebsmaschine nach einem
Laserstrahl geführt.
Es ist weiterhin bekannt eine Vortriebsmaschine durch eine
CCD-Kamera zu steuern. Die CCD-Kamera beobachtet eine an
dem Vortriebskopf angebrachte Zielscheibe. Deren Auslen
kungen aus einer Sollage werden von der CCD-Kamera erfaßt
und in Steuersignale umgesetzt. An der CCD-Kamera sind
Neigungsmesser angebracht. Dadurch wird die Lage der
CCD-Kamera bestimmt. Auch hier machen sich temperaturbe
dingte Brechungen in Luftschichten genau wie bei der
Steuerung nach einem Laserstrahl störend bemerkbar.
Es ist weiterhin bekannt, die Vortriebsrichtung mittels
eines nordsuchenden Kreisels oder eines Kreiselkompasses
zu bestimmen. Dabei wird die Lage der Vortriebsmaschine
mit dem Kreisel diskontinuierlich nach dem Einbau jedes
Rohres bestimmt und die Winkelabweichung zu Nord notiert.
Durch ein Rechnerprogramm wird daraus die Vortriebsrich
tung bestimmt.
Durch die US-A-48 23 626 und die EP-A-02 51 157 ist eine
Trägheitssensoranordnung mit zwei elektrisch gefesselten,
dynamisch abgestimmten Kreiseln und drei Beschleunigungs
messern bekannt. Die Kreisel bestimmen drei zueinander
senkrechte Eingangsachsen. Abgriffsignale werden nach
A/D-Wandlung einem digitalen Rechner zugeführt, der einen
Teil der Fesselkreise bildet. Die Ausgangssignale sind auf
einen D/A-Wandler geschaltet, der entsprechende Ströme auf
die Drehmomenterzeuger der Kreisel gibt.
Einen elektrisch gefesselten Kreisel mit digitalem Fessel
kreis zeigt auch die US-A-42 82 470.
Die DE-C-29 22 415 zeigt ein Navigationsgerät für Land-,
Luft- oder Seefahrzeuge. Das Navigationsgerät enthält eine
inertiale Sensoreinheit mit einem zweiachsigen elektrisch
gefesselten Kreisel und zwei Beschleunigungsmessern. Aus
den Signalen der Sensoreinheit werden Lageparameter
gewonnen. Aus den Lageparametern und Geschwindigkeitsin
formationen von einem Geschwindigkeitsgeber wird die
Position berechnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerein
richtung für einen Vortriebskopf (z. B. für eine
Tunnelbohrmaschine) so auszubilden, daß sie eine
kontinuierliche, genaue Steuerung des Vortriebskopfes bzw.
seines Trägers weitgehend unabhängig von äußeren
Einflüssen gestattet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
als Steuersignalgeber mit dem Vortriebskopf bzw. seinem
Träger eine autonome, auf Lageänderungen im Raum
ansprechende inertiale Sensoreinheit verbunden ist.
Die inertiale Sensoreinheit kann mit Kreiseln und
Beschleunigungsmessern aufgebaut sein. Die Sensoren der
inertialen Sensoreinheit können aber auch Drehgeschwindig
keitssensoren enthalten, die auf dem Sagnac-Effekt
beruhen, z. B. "Laserkreisel".
Auf diese Weise werden die Steuersignale von einer
autonomen inertialen Sensoreinheit geliefert, die mit dem
Vortriebskopf verbunden ist. Die Sensoreinheit ist
unabhängig von einem Laserstrahl oder den Sichtverhält
nissen einer CCD-Kamera. Die Sensoreinheit liefert aber
kontinuierlich Steuersignale.
Um den Einfluß von Driften der inertialen Sensoren zu
vermindern, ist zweckmäßigerweise die Sensoreinheit an
den Vortriebskopf durch lösbare Verbindungsmittel in
definierter Lage ankuppelbar und zur Driftkorrektur
wahlweise in eine genau vermessene Ausgangsposition
zurückführbar. Diese Vermessung der Ausgangsposition kann
mittels eines Meridiankreisels erfolgen. Die Sensoreinheit
wird bei einer nach der Schildbauweise arbeitenden
Tunnelbohrmaschine zweckmäßsigerweise jedesmal dann in die
Ausgangsposition zurückgeführt, wenn ein neuer
Rohrabschnitt in die Tunnelbohrung eingeführt wird.
Dabei kann vorteilhafterweise die Sensoreinheit in einem
in der Tunnelbohrung verlaufenden Führungsrohr geführt
sein. Die Sensoreinheit kann dann durch Führungsglieder in
dem Führungsrohr in definierter Lage zu dessen Wandung
geführt sein.
Bei einer bevorzugten Ausführung enthält die Sensoreinheit
einen zweiachsigen, elektrisch gefesselten Wendekreisel
mit zwei zueinander und zu der Drallachse senkrechten
Eingangsachsen. Weiterhin weist die Steuereinheit zwei
Beschleunigungsmesser auf, die auf Beschleunigungen in
Richtung einer der Eingangsachsen bzw. der Drallachse des
zweiachsigen Wendekreisels ansprechen.
Zur Bestimmung nicht nur der Lage sondern auch der
Position des Vortriebskopfes kann ein Weggeber vorgesehen
sein, der ein Maß für den Vorschubweg der Sensoreinheit
bezogen auf einen Referenzpunkt liefert, wobei Mittel zur
Bestimmung der Position der Sensoreinheit aus Lagesignalen
der Sensoreinheit und Wegsignalen des Weggebers nach der
Methode der Koppelnavigation vorgesehen sind. Der Weggeber
kann dabei aus einem Kabel bestehen, das von einem im
Referenzpunkt oder einem sonstigen bekannten und
vermessenen Punkt angeordneten Kabelspeicher abwickelbar
ist. Das Kabel kann gleichzeitig Versorgungs- und
Messleitungen der Sensoreinheit enthalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend
unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht
einer Tunnelbohrmaschine, die mit der
erfindungsgemäßen Steuereinrichtung
ausgerüstet ist;
Fig. 2 eine Detailansicht von Fig. 1 in ver
größertem Maßstab;
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Tunnelbohrma
schine nach Fig. 2 entlang der Linie 3-3
in Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht des
Gehäuses der Sensoreinheit in der
Tunnelbohrmaschine nach Fig. 2.
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Sensoreinheit von
Fig. 4,
Fig. 6 zeigt den Aufbau der als Referenzpunkt für
die Sensoreinheit dienenden Start- und
Referenzrampe mit einer Kabeltrommel des
Weggebers und die Anordnung dieser Teile
in bezug auf eine Preßvorrichtung, durch
welche Rohrabschnitte in die Tunnelbohrung
hineinschiebbar sind.
Fig. 7 zeigt als Blockdiagramm die intertiale
Sensoreinheit und die Verarbeitung der von
dieser gelieferten Signale.
In der schematischen Längsschnittansicht von Fig. 1
erkennt man im Erdreich 1 eine nach der Schildbauweise
arbeitenden Tunnelbohrmaschine 2 mit einem Vortriebskopf
4, der in einer Vortriebsrichtung von links nach rechts
entlang einer Sollachse 6 von einer Startbaugrube 1A in
das Erdreich 1 vorgetrieben wird. Die von dem Vortriebs
kopf 4 gebohrte Tunnelbohrung 8 ist mit einem Tunnelrohr
10 ausgekleidet, das am rückwärtigen Ende der Tunnel
bohrung 8 durch eine an sich bekannte und daher nicht
weiter beschriebene Tunnelrohreinführung 12 in die
Tunnelbohrung 8 eingeführt wird.
Innerhalb des Tunnelrohres 10 verläuft ausgehend vom
rückwärtigen Ende des Vortriebskopfes 4 eine Förderein
richtung 14 für das von dem Vortriebskopf 4 ausgebrochene
Gestein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
diese als rohrförmige Fördereinrichtung ausgebildet, in
deren Innerem das ausgebrochene Gestein durch bekannte
Fördermittel abgefördert und ausgetragen wird.
Zwischen dem Tunnelrohr 10 und der rohrförmigen Förder
einrichtung 14 befindet sich ein Laufrohr 16, in dem eine
Sensoreinheit 18 geführt ist. Die Sensoreinheit 18 ist in
der weiter unten beschriebenen Weise mit dem Vortriebskopf
4 lösbar verbunden und an ein Kabel 20 angeschlossen, das
alle Versorgungs- und Datenübertragungsleitungen für die
Sensoreinheit 18 enthält. Das Kabel 20 ist in einem Strang
ohne Verbindungselemente ausgebildet und an einer Trommel
22 auf- und abwickelbar, wodurch die Sensoreinheit 18 in
dem Laufrohr 16 verfahren wird. Das Kabel 20 ist durch
eine nur schematisch angedeutete Verbindungsleitung 24 mit
einer oberirdisch angeordneten Steuereinheit 26 verbunden.
Durch die Verbindungsleitung 24 werden von der Sensorein
heit 18 ausgehende Steuersignale der Steuereinheit 26
zugeführt, die den Vortrieb des Vortriebskopfes 4 über
wacht und entsprechend den von der Sensoreinheit 18
ausgehenden Steuersignalen steuert. Die Verbindungsleitung
24 soll ferner andeuten, daß über diese Verbindungslei
tung 24 die Trommel 22 angesteuert wird, um das Kabel 20
auf- oder abzuwickeln und dadurch die Sensoreinheit 18
entsprechend in dem Laufrohr 16 zu verfahren. Die Trommel
20 enthält eine übliche Weglängenmeßeinrichtung, die zur
Messung der abgewickelten Kabellänge dient und an die
Steuereinheit 26 angeschlossen ist.
Im einzelnen enthält die Sensoreinheit einen konventionell
gebauten, dynamisch abgestimmten Kreisel, der mit zwei
linearen Beschleunigungsmessern in zwei zueinander
orthogonalen Meßachsen versehen ist und dadurch auf
Azimutal- und Nickbewegungen anspricht. In der Startbau
grube 1A befindet sich eine Start- und Referenzrampe als
Referenzpunkt 15, über welche die Sensoreinheit 18
ausgerichtet und mit Hilfe eines Teleskoprohres in das
Laufrohr 16 ein- und ausgefahren wird. Die Start- und
Referenzrampe wird zum Beispiel durch terrestrische
Vermessung oder mittels eines nordsuchenden Kreisels mit
einer Winkelgenauigkeit von 1,5 Winkelminuten azimutal
ausgerichtet.
Die Steuereinheit 26 enthält einen Navigationsrechner, der
die von der Sensoreinheit 18 und der Weglängenmeßein
richtung ausgehenden Signale empfängt und auswertet. Dabei
ist eine Koppelnavigation der Sensoreinheit 18 dadurch
möglich, daß der dynamisch abgestimmte Kreisel mit den
beiden linearen Beschleunigungsmessern in konventioneller
Weise die Drehgeschwindigkeiten um die Azimut- und
Nickachse und daraus durch Integration die jeweiligen
Drehwinkel und die Weglängenmeßeinrichtung Signale über
den zurückgelegten Weg liefert. Von den Beschleunigungs
messern ausgehende Signale werden in zweifacher Weise
genutzt: einerseits wird durch Rückführung dieser Signale
der Lagealgorithmus gerechnet; andererseits werden die
momentanen Signale zur Fehlerkompensation der beschleuni
gungsabhängigen Fehlerterme des Kreisels verwendet.
In dem vergrößerten Maßstab von Fig. 2 erkennt man, daß
das Tunnelrohr 10 aus Rohrabschnitten zusammengesetzt ist,
die in der Schildbauweise nacheinander in die Tunnel
bohrung 8 eingeführt werden. Es sind nur die beiden Rohr
abschnitte 10A und 10B dargestellt, die durch einen über
greifenden Kragen 10C in üblicher Weise zusammengehalten
werden. Das Laufrohr 16 ist ebenfalls aus einzelnen
Abschnitten zusammengesetzt, die fest mit den Rohrab
schnitten 10A und 10B verbunden sind und daher zusammen
mit den Rohrabschnitten des Tunnelrohres 10 in die Tunnel
bohrung 8 eingeführt werden.
Die Sensoreinheit 18 befindet sich in einem Gehäuse 28,
das in dem Laufrohr 16 mittels des Kabels 20 zwischen
einer Arbeitsstellung und einer Referenzstellung verfahr
bar ist. In der Darstellung von Fig. 2 ist die Meßsonde 18
aus der Arbeitsstellung am Vortriebskopf 4 gelöst. Die
Verbindung wird in der Arbeitsstellung durch eine Steck
verbindung 30 zwischen dem Gehäuse 28 und einem Verbin
dungskasten 33 hergestellt.
Nach der Darstellung von Fig. 3 hat das Laufrohr 16 recht
eckigen Querschnitt. Das Gehäuse 28 der Sensoreinheit 18
ist mit Führungselementen versehen, die das Gehäuse 28
innerhalb des Laufrohrs 16 in reproduzierbarer Einstellung
zu dem Laufrohr 16 führen. Dadurch wird erreicht, daß die
Sensoreinheit 18 innerhalb des Laufrohrs 16 reproduzier
bare Stellungen einnimmt. Im einzelnen, vgl. Fig. 4 und 5,
ist das Gehäuse 28 der Sensoreinheit 18 zylinderförmig
ausgebildet. Die Führungselemente enthalten beispielsweise
eine Gleitkufe 32, die an der Oberseite des Gehäuses 28
angebracht und an der Oberseite eines rechteckig ausgebil
deten Laufrohrs 16 geführt ist, und Rollen 38 und 40, die
an radial von dem Gehäuse 28 der Meßsonde 18 vorstehenden
Trägern in gegenüberliegenden Ecken an der Unterseite des
rechteckigen Laufrohrs 16 geführt sind. Es können aber
auch andere gängige Führungselemente und andere geometri
sche Formen für das Laufrohr 16 und die darin ausgebil
deten Führungsbahnen oder -rillen gewählt werden um
sicherzustellen, dass das Gehäuse 28 und damit die Sensor
einheit 18 stets in reproduzierbarer Stellung in dem
Laufrohr 16 geführt werden.
Wie Fig. 4 zeigt, erstreckt sich die Gleitkufe 32 über
einen wesentlichen Teil der axialen Länge des Gehäuses 28
der Sensoreinheit 18 und ist auf Federn 34 abgestützt. Die
Federn 34 stützen sich in Federgehäusen 36 mittig an der
Oberseite des Gehäuses 28 der Sensoreinheit 18 ab. In dem
dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei gegenüberlie
gende Rollenpaare 38 und 40 jeweils nahe den axialen Enden
des Gehäuses 28 vorgesehen.
In Fig. 6 ist der "Referenzpunkt" in einem Vertikalschnitt
dargestellt.
Mit 1A ist eine vertikale Startbaugrube bezeichnet, von
welcher die waagerechte Tunnelbohrung 8 abgeht. In die
Tunnelbohrung 8 ist ein Tunnelrohr 10, wie in Fig. 2
dargestellt, in einzelnen Abschnitten eingeschoben. Das
geschieht in bekannter Weise mittels eines Preßschildes
44. Das Preßschild 44 wird auf einer waagerechten
Führungsschiene 46 geführt. Die Führungsschiene 46 ist
über Ständer 48, 50 auf dem betonierten Fundament 52 am
Boden der Startbaugrube abgestützt. Das Preßschild 44 und
die Führungsschiene 46 fluchten mit der Achse 54 der
Tunnelbohrung 8. Das Preßschild 44 kann durch einen
Preßzylinder 56 nach rechts in Fig. 6 vorbewegt werden und
drückt dann einen Rohrabschnitt des Tunnelrohres 10 in die
Tunnelbohrung 8.
Der Referenzpunkt 15 für die Sensoreinheit 18 ist eine
Start- und Referenzrampe 58, die über einen Ständer 60 und
ein eigenes Fundament 62 unabhängig von dem Preßmechanis
mus auf dem Boden abgestützt ist. Die Start- und Referenz
rampe 58 wird daher von den Schwingungen des Preß
mechanismus praktisch nicht beeinflußt.
Die Sensoreinheit 18 enthält gemäß Fig. 7 einen
zweiachsigen, elektrisch gefesselten dynamisch
abgestimmten Kreisel 64 und zwei Beschleunigungsmesser 66
und 68 in einem Sensorblock 70. Die Signale des Kreisels
64 und die Signale der Beschleunigungsmesser 66 und 68
sind auf eine Sensorelektronik 72 aufgeschaltet. Die Sen
sorelektronik 72 enthält die Kreiselbetriebselektronik 74
und einen Analog-Digital-Wandler 76. Der Analog-Digital
-Wandler 76 erhält die Beschleunigungssignale von den
Beschleunigungsmessern 66 und 68 sowie über die Kreisel
betriebselektronik 74 Winkelgeschwindigkeitssignale von
dem Kreisel 64. Die digitalisierten Signale sind auf einen
Signalprozessor 78 aufgeschaltet. In dem Signalprozessor
78 erfolgt die Verarbeitung der Signale. Es erfolgt dann
eine Digital-Analog-Wandlung, wobei die beiden erhaltenen
analogen Ausgangssignale über Leitungen 80 und 82 auf
Drehmomenterzeuger des dynamisch abgestimmten Kreisels 64
aufgeschaltet sind. An einem Ausgang 84 liefert der
Signalprozessor 78 digitale Ausgangssignale, welche den
Winkelgeschwindigkeiten um die Eingangsachsen des Kreisels
64 entsprechen. Mit 86 ist die Stromversorgung der
Sensoreinheit 18 bezeichnet.
Die Anordnung entspricht etwa der EP-A-02 51 157 oder der
US-A-48 23 626. Die Drallachse des dynamisch abgestimmten
Kreisels liegt in Vortriebsrichtung. Die Eingangsachsen
des Kreisels liegen im wesentlichen waagerecht und
senkrecht. Der Kreisel 64 liefert dadurch Winkelgeschwin
digkeiten um die Nick- und die Gierachse. Die Eingangs
achsen der Beschleunigungsmesser 66 und 68 sind parallel
zu der einen, in Richtung der Nickachse fallenden
Eingangsachse bzw. zu der Drallachse.
Die digitalen Winkelgeschwindigkeiten am Ausgang 84 sind
über die Leitung 24 auf die an der Erdoberfläche
angeordnete Steuereinheit 26 (Fig. 1) geschaltet. Die
Steuereinheit 26 enthält einen Zentralrechner 88 für
Navigation und Steuerung. Über eine Schnittstelle 90 sind
auf den Zentralrechner 88 die Winkelgeschwindigkeiten vom
Kreisel 64 und die Beschleunigungen von den Beschleuni
gungsmessern 66 und 68 aufgeschaltet. Die Steuereinheit 26
enthält weiterhin eine Weglängen-Meßeinrichtung 92. Die
Weglängen-Meßeinrichtung 92 liefert den Vorschubweg der
Sensoreinheit 18 anhand der von der Trommel 22 abgewickel
ten Länge des Kabels 20. Auch dieser Vorschubweg ist über
die Schnittstelle 90 auf den Zentralrechner 88 geschaltet.
Weiterhin erhält der Zentralrechner 88 Eingaben von einer
Anzeige- und Bedieneinheit 94. Mit 96 ist die Stromver
sorgung der Steuereinheit 26 bezeichnet.
Der Zentralrechner 88 ermittelt aus den gerätefesten
Winkelgeschwindigkeits- und Beschleunigungssignalen
Winkelgeschwindigkeiten der Sensoreinheit 18 in einem erd
festen System. Aus diesen Winkelgeschwindigkeiten werden
Lagewinkel oder Elemente der Richtungskosinusmatrix
berechnet. Aus den Lagewinkeln bzw. den Elementen der
Richtungskosinusmatrix kann in Verbindung mit dem
Vorschubweg von der Weglängen-Messeinrichtung 92 die
jeweilige Position der Sensoreinheit 18 bestimmt werden.
Die Signalverarbeitung kann in ähnlicher Weise erfolgen,
wie das in der DE-A-29 22 415 beschrieben ist. Die
Steuereinheit 26 liefert Steuersignale für den Vortriebs
kopf 4, welche den Vortriebskopf 4 in einer vorgegebenen
Vortriebsrichtung zu halten trachten aber außerdem auf
die Einhaltung einer vorgegebenen Bahn hinwirken.
Die vorstehend beschriebene Steuereinrichtung arbeitet
folgendermaßen:
Der Vortriebskopf 4 der Tunnelbohrmaschine 2 wird im
Erdreich entlang der Sollachse 6 vorgetrieben, wobei das
ausgebrochene Gestein durch die rohrförmige Förderein
richtung 14 ständig abgefördert und ausgetragen wird. Das
Gehäuse 28 der Sensoreinheit 18 ist durch die Steckver
bindung 30 mit dem Vortriebskopf 4 verbunden und wird
gemeinsam mit diesem aber in dem gesonderten Laufrohr 16
vorgetrieben. Die von der Meßsonde 18 ausgehenden Daten
oder Steuersignale werden über das Kabel 20 der Steuerein
heit 26 zugeführt, wodurch der Vortrieb des Vortriebs
kopfes 4 laufend überwacht und zu der Sollachse 6 in Aus
richtung gehalten wird. Dabei erhält die Steuereinheit 26
von der Weglängenmeßeinrichtung der Trommel 20 aus der
abgewickelten Kabellänge auch die Daten über den zurückge
legten Weg, so daß die Position der Sensoreinheit 18 und
damit die Position des Vortriebskopfes 4 durch den Naviga
tionsrechner der Steuereinheit 26 während des Vortriebs
jederzeit genau bestimmt ist. Wenn der Vortrieb der
Tunnelbohrung 8 über die Länge des Rohrabschnittes 10A des
Tunnelrohres 10 erfolgt ist, wird die Trommel 22 angetrie
ben, um das Kabel 20 aufzuwickeln, das Gehäuse 28 der Sen
soreinheit 18 aus der Steckverbindung 30 zu lösen und das
Gehäuse 28 mit der Sensoreinheit 18 in dem Laufrohr 16 aus
der Arbeitsstellung in die Referenzstellung auf der
Start- und Referenzrampe 58 zu verfahren. Wenn das Gehäuse
28 der Sensoreinheit 18 die Referenzstellung erreicht hat,
wird die Justierung der Sensoreinheit 18 überprüft. Der
Rohrabschnitt 10B wird in die Tunnelbohrung 8 eingeführt
und in Eingriff mit dem Flansch 10C an dem rückwärtigen
Ende des bereits eingebrachten Rohrabschnittes 10A
gebracht. Dadurch entsteht ein um die Länge des Rohr
abschnittes 10B verlängertes Tunnelrohr 10, dessen
Rohrabschnite 10A und 10B genau zueinander ausgerichtet
sind. Dadurch ist auch ein weiterer Abschnitt des
Laufrohrs 16 fluchtend mit dem bereits vorhandenen
Abschnitt eingebracht.
Danach wird das Gehäuse 28 durch Abwickeln des Kabels 20
von der Trommel 22 von der Start- und Referenzrampe 58
über das Teleskoprohr wieder in das verlängerte Laufrohr
16 eingeführt und darin in exakt reproduzierbarer Weise
bis zur Arbeitstellung verfahren, in der die Steckverbin
dung 30 zu dem Verbindungskasten 33 wieder hergestellt
wird. Der Vortriebskopf 4 ist dann zum erneuten Vortrieb
in Ausrichtung zur Sollachse 6 um eine weitere Rohrab
schnittslänge bereit.
Die Neujustierung der Sensoreinheit 18 jeweils nach dem
Vortrieb des Vortriebkopfes 4 über eine Rohrabschnitts
länge hat den Vorteil, dass eine Sensoreinheit 18 und
damit ein Kreisel relativ geringer Einbaugröße und mit
relativ geringen Genauigkeitsansprüchen insbesondere
hinsichtlich der Langzeitkonstanz verwendet werden kann.
Als weiterer Vorteil ergibt sich aus der vorstehend
beschriebenen Betriebsweise, daß durch die Sensoreinheit
18 auch ein Parallelversatz des Vortriebskopfes 4 zur
Sollachse 6 erfaßt werden kann.
Vorstehend ist die Steuereinrichtung mit der Sensoreinheit
18 im Zusammenhang mit einer nach der Schildbauweise
arbeitenden Tunnelbohrmaschine 2 beschrieben worden. Es
versteht sich, daß eine solche Steuereinrichtung bei
entsprechenden, dem Fachmann ohne weiteres zugänglichen
Modifikationen auch in Verbindung mit nach anderen
Prinzipien arbeitenden Tunnelbohrmaschinen eingesetzt
werden kann.
Claims (9)
1. Steuereinrichtung zur Steuerung des Vortriebs eines
Vortriebskopfes (4), beispielsweise für eine Tunnel
bohrmaschine, mit einem Steuersignalgeber, von welchem
Steuersignale im Sinne einer Führung des Vortriebs
kopfes längs einer vorgegebenen Bahn ableitbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß als Steuersignalgeber mit
dem Vortriebskopf (4) oder seinem Träger eine autonome,
auf Lageänderungen im Raum ansprechende inertiale
Sensoreinheit (18) verbunden ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (18) an den
Vortriebskopf (4) durch lösbare Verbindungsmittel (30)
in definierter Lage ankuppelbar und zur Driftkorrektur
wahlweise in eine genau vermessene Ausgangsposition
(15) zurückführbar ist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (18) in einem in
der Tunnelbohrung verlaufenden Laufrohr (16) geführt
ist.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (18) durch
Führungsglieder (38, 40) in dem Laufrohr (16) in
definierter Lage zu dessen Wandung geführt ist.
5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (18)
einen zweiachsigen elektrisch gefesselten Wendekreisel
(64) mit zwei zueinander und zu der Drallachse senk
rechten Eingangsachsen enthält.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (18) zwei
Beschleunigungsmesser (66, 68) aufweist, die auf
Beschleunigungen in Richtung einer der Eingangsachsen
bzw. der Drallachse des zweiachsigen Wendekreisels (64)
ansprechen.
7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Weggeber (92)
vorgesehen ist, der ein Maß für den Vorschubweg der
Sensoreinheit bezogen auf einen Referenzpunkt (15)
liefert und daß Mittel zur Bestimmung der Position der
Sensoreinheit (18) aus Lagesignalen der Sensoreinheit
(18) und Wegsignalen des Weggebers (92) nach der
Methode der Koppelnavigation vorgesehen sind.
8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Weggeber (92) ein Kabel (20)
enthält, das von einem im Referenzpunkt (15)
angeordneten Kabelspeicher (22) abwickelbar ist.
9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kabel (20) Versorgungs- und
Meßleitungen der Sensoreinheit (18) enthält.
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