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WO2014090589A2 - Machine for digging roadways, tunnels or the like and method for working head controlling - Google Patents

Machine for digging roadways, tunnels or the like and method for working head controlling Download PDF

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Publication number
WO2014090589A2
WO2014090589A2 PCT/EP2013/074997 EP2013074997W WO2014090589A2 WO 2014090589 A2 WO2014090589 A2 WO 2014090589A2 EP 2013074997 W EP2013074997 W EP 2013074997W WO 2014090589 A2 WO2014090589 A2 WO 2014090589A2
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WO
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working head
machine
cutting
control
profile
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/074997
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French (fr)
Inventor
Werner Hensgens
Karsten Jansen
Original Assignee
Aker Wirth Gmbh
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Publication date
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
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    • E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E21D9/112—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads
    • E21D9/115—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads with cutting tools mounted pivotably or slidable on the head

Definitions

  • the working head control system further comprises means for continuously measuring the pivoting angle ⁇ of the tool arms.
  • the working head control system further comprises a control computer operatively connected to said means and aligning ⁇ and ⁇ so that, for each angular position ⁇ of the working head, each pivotable tool arm is radially positioned according to a predetermined cutting path to cut the predetermined cutting path.
  • the rotary drive and / or the horrinsky hydraulically with the help of at least one hydraulic pump.
  • a pump control is provided and more preferably a horrarm penetrateung.
  • the pump control is preferably realized within the tool arm control.
  • Fig. 7 shows an implementation of the pump control within the Schneidarm- control.
  • FIG. 13 shows in the left-hand area a schematic illustration of the conventional cutting technique.
  • the undercutting technique is shown schematically in the right area.

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Abstract

A machine (1) for digging roadways, tunnels or the like, said machine having a working head control system, wherein said working head control system comprises means (36) for continuously measuring the angular position (α) of the rotating working head (2) and means for continuously measuring the pivot angle (γ) of the tool arms (4), and a computer (27) that is operatively connected to said means and adjusts the angular position (α) of the rotating working head (2) and the pivot angle (γ) of the tool arms (4, 4´) relative to each other in such a way that for each angular position (α) of the working head (2) each pivotable tool arm (4, 4') is positioned radially, according to a predefined cutting path curve, in order to cut the predefined cutting path (5).

Description

Maschine zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen und Verfahren zur Arbeitskopfansteuerung  Machine for propelling routes, tunnels or the like and method for working head control
Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen mit einem drehbar antreibbaren und in Vortriebsrichtung bewegbaren Arbeitskopf sowie ein Verfahren zur Ansteuerung dieses Arbeitskopfes. Derartige Maschinen sind bereits bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 44 40 261 T2 und die DE 40 15 642 A1 eine derartige Maschine. Die WO 96/19639 zeigt eine automatische Steuerung dieser Maschine. Nachteilig bei diesen Maschinen ist, dass sie das Tunnelprofil oft relativ langsam schneiden und/oder dass sie einem hohen Verschleiß unterliegen und/oder wenig haltbar sind. The invention relates to a machine for driving distances, tunnels or the like with a rotatably driven and movable in the direction of advance working head and a method for controlling this working head. Such machines are already known. For example, DE 44 40 261 T2 and DE 40 15 642 A1 show such a machine. WO 96/19639 shows an automatic control of this machine. A disadvantage of these machines is that they often cut the tunnel profile relatively slowly and / or that they are subject to high wear and / or are not very durable.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Maschine und ein Verfahren zur Arbeitskopfansteuerung einer derartigen Maschine zu schaffen, welches hinsichtlich zumindest eines der genannten Nachteile verbessert ist. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Maschine und das in den Ansprüchen 6, 10 und 12 wiedergegebene Verfahren gelöst. The invention has set itself the task of creating a machine and a method for working head drive of such a machine, which is improved in terms of at least one of the disadvantages mentioned. This object is achieved by the reproduced in claim 1 machine and reproduced in the claims 6, 10 and 12 method.
Die erfindungsgemäße Maschine zum Vorantreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen weist einen mittels eines Drehantriebs drehbar antreibbaren Arbeits- köpf auf. Der Arbeitskopf ist darüber hinaus in Vortriebsrichtung bewegbar. Er weist schwenkbare Werkzeugarme auf. Die Werkzeugarme sind mittels Werkzeugarmantrieben relativ zu einer die Drehachse des Arbeitskopfes bildenden Bezugsachse radial schwenkbar. An diesen Werkzeugarmen sind hinterschneidend arbeitende Werkzeuge angeordnet, wie Rollenbohrwerkzeuge oder dergleichen. Die Maschine eignet sich insbesondere zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt. Die Maschine weist ein Arbeitskopfsteuerungssystem auf. Das Arbeitskopfsteuerungssys- tem umfasst Mittel zum kontinuierlichen Messen der Winkelposition α des rotie- renden Arbeits köpf es. Das Arbeitskopfsteuerungssystem weist zudem Mittel zum kontinuierlichen Messen des Schwenkwinkels γ der Werkzeugarme auf. Das Arbeitskopfsteuerungssystem umfasst zudem einen Steuerrechner, der mit den genannten Mitteln wirkverbunden ist und α und γ so aufeinander abstimmt, dass für jede Winkelposition α des Arbeitskopfes jeder schwenkbare Werkzeugarm gemäß eines vorbestimmten Schneidbahnverlaufs radial positioniert ist, um die vorbestimmte Schneidbahn zu schneiden. The machine according to the invention for driving forward sections, tunnels or the like has a working element which can be driven rotatably by means of a rotary drive. open your head. The working head is also movable in the advancing direction. It has swiveling tool arms. The tool arms are radially pivotable by means of tool arm drives relative to a reference axis forming the axis of rotation of the working head. At this tool arms undercutting working tools are arranged, such as roller drilling tools or the like. The machine is particularly suitable for propelling routes, tunnels or the like with a cross-section deviating from the circular shape. The machine has a working head control system. The working head control system comprises means for continuously measuring the angular position α of the rotating working head. The working head control system further comprises means for continuously measuring the pivoting angle γ of the tool arms. The working head control system further comprises a control computer operatively connected to said means and aligning α and γ so that, for each angular position α of the working head, each pivotable tool arm is radially positioned according to a predetermined cutting path to cut the predetermined cutting path.
Bevorzugt kontrolliert der Steuerrechner den Schwenkwinkel γ der Werkzeugarme, so dass für jede Winkelposition α des Arbeitskopfes jeder schwenkbare Werk- zeugarm radial positioniert ist, gemäß eines vorbestimmten Schneidbahnverlaufs, der vorzugsweise im Rechnerspeicher gespeichert ist, um die vorbestimmte Schneidbahn zu schneiden. Preferably, the control computer controls the pivot angle γ of the tool arms, so that for each angular position α of the working head each pivotable tool arm is radially positioned according to a predetermined cutting path, which is preferably stored in the computer memory to cut the predetermined cutting path.
Die Werkzeugarme rotieren bevorzugt mit dem Arbeitskopf und erstrecken sich weiter bevorzugt in Richtung des Aushubs. The tool arms preferably rotate with the working head and more preferably extend in the direction of the excavation.
Bei den Antrieben, mit denen die Werkzeugarme radial schwenkbar sind, handelt es sich vorzugsweise um Linearmotoren und ganz besonders bevorzugt um Hydraulikzylinder. The drives, with which the tool arms are radially pivotable, are preferably linear motors and very particularly preferably hydraulic cylinders.
Der Arbeitskopf kann auch als Schneidkopf bezeichnet werden und die Werkzeugarme können auch als Schneidarme bezeichnet werden. Der Arbeitskopf ist bevorzugt zwischen zwei Schneidvorgängen, etwa mittels eines Schreitwerks und/oder eines Raupenantriebs, in Vortriebsrichtung bewegbar. Während des Schneidvorganges ist er bevorzugt in axialer Richtung fixiert. Die hinterschneidend arbeitenden Werkzeuge arbeiten vorzugsweise in einem kurzen Anschnäbelabschnitt nicht hinterschneidend. Weiter bevorzugt arbeiten sie darüber hinaus ausschließlich hinterschneidend. Mit hinterschneidend arbeitenden Werkzeugen sind im Rahmen dieser Druckschrift insbesondere Werkzeuge gemeint, die anders als nicht hinterschneidend arbeitende Werkzeuge, etwa Rollen- meißel, die ähnlich einem Glasschneider im rechten Winkel an den Fels gepresst werden, um eine Druckspannung aufzubauen, in einem Winkel von beispielsweise 10° leicht schräg stehen, so dass sie den Berg„hinterschneiden" und so das Gestein sprengen und beispielsweise handtellergroße Stücke abplatzen lassen. Die Werkzeuge müssen dabei nur während des kurzen „Anschnäbelns" gegen die Druckfestigkeit des Gesteins ankämpfen. In der zweiten Phase arbeiten die Werkzeuge dann insbesondere wie ein Stemmeisen, das man schräg in ein Holz treibt und man hat es dadurch nur noch mit der deutlich geringeren Zugfestigkeit zu tun. Entsprechend kleiner sind die benötigten Kräfte. Der Energieaufwand für das Ausbrechen des Gesteins beim Hinterschneiden kann etwa nur halb so groß sein, wie beim konventionellen Aufweiten. The working head may also be referred to as a cutting head and the tool arms may also be referred to as cutting arms. The working head is preferably movable in the advancing direction between two cutting operations, for example by means of a walking mechanism and / or a caterpillar drive. During the cutting process, it is preferably fixed in the axial direction. The undercutting working tools preferably do not undercut in a short biting section. More preferably, they also work exclusively undercutting. With undercutting tools are meant in this document in particular tools that unlike non-undercutting tools, such as roller chisel, which are pressed like a glass cutter at right angles to the rock to build a compressive stress, at an angle of for example 10th ° Slightly sloping so that they "cut through" the mountain and thus blow up the stone and, for example, cause it to peel off palm-sized pieces, which only have to fight against the compressive strength of the rock during the short "beaking". In the second phase, the tools then work in particular like a chisel, which is driven diagonally into a wood and one has thereby only to do with the much lower tensile strength. Correspondingly smaller are the required forces. The energy required to break the rock when undercutting can be about half the size of conventional expansion.
Bevorzugt erfolgt der Drehantrieb für den Arbeitskopf hydraulisch. Preferably, the rotary drive for the working head is hydraulically.
Vorzugsweise umfasst der Drehantrieb mindestens einen Hydraulikmotor - bevor- zugt Versteilmotor - der von mindestens einer Pumpe - bevorzugt Verstellpumpe - versorgt wird, bevorzugt im geschlossenen Hydraulikkreislauf. Weiter bevorzugt umfasst der Drehantrieb vier Hydraulikmotoren und es sind vorzugsweise zwei Pumpen vorgesehen, die diese Motoren versorgen. Sowohl die Pumpen als auch die Motoren können bevorzugt im Schluckvolumen verstellt werden, um einen großen Drehzahlbereich abfahren zu können. In einer anderen Ausführungsform ist der Drehantrieb für den Arbeitskopf elektrisch, mit veränderbarer Drehzahl, also frequenzgeregelt ausgebildet. Preferably, the rotary drive comprises at least one hydraulic motor - preferably Versteilmotor - of at least one pump - preferably variable displacement - is supplied, preferably in a closed hydraulic circuit. More preferably, the rotary drive comprises four hydraulic motors and two pumps are preferably provided which supply these motors. Both the pumps and the motors can preferably be adjusted in the intake volume in order to be able to drive off a large speed range. In another embodiment, the rotary drive for the working head is electrically, with variable speed, so formed frequency-controlled.
Vorzugsweise arbeiten der Drehantrieb und/oder der Werkzeugarmantrieb hydrau- lisch, mit Hilfe von mindestens einer Hydraulikpumpe. Mit Vorteil ist eine Pumpenregelung vorgesehen und weiter bevorzugt eine Werkzeugarmsteuerung. Die Pumpenregelung ist bevorzugt innerhalb der Werkzeugarmsteuerung realisiert. Preferably, the rotary drive and / or the Werkzeugarmantrieb hydraulically, with the help of at least one hydraulic pump. Advantageously, a pump control is provided and more preferably a Werkzeugarmsteuerung. The pump control is preferably realized within the tool arm control.
Grundsätzlich ist denkbar, dass lediglich ein einziger radial schwenkbarer Werk- zeugarm vorgesehen ist. Mit Vorteil sind jedoch mehrere Werkzeugarme, insbesondere vier oder sechs schwenkbare Werkzeugarme vorgesehen und die Werkzeugarmantriebe sind bevorzugt als Hydraulikzylinder ausgebildet, die weiter bevorzugt über Servoventile, vorzugsweise aus einem Konstantdrucksystem gespeist werden. Die Werkzeugarmantriebe werden bevorzugt von zwei Hydraulik- pumpen - bevorzugt Verstellpumpen - im offenen Hydraulikkreislauf versorgt. In principle, it is conceivable that only a single radially pivotable tool arm is provided. Advantageously, however, several tool arms, in particular four or six pivotable tool arms are provided and the tool arm drives are preferably designed as hydraulic cylinders, which are further preferably fed via servo valves, preferably from a constant pressure system. The tool arm drives are preferably powered by two hydraulic pumps - preferably variable displacement pumps - in the open hydraulic circuit.
Mit Vorteil weist das Arbeitskopfsystem mehrere Subsysteme auf. Vorzugsweise weist es ein Subsystem auf, welches die Pumpen für den Drehantrieb bzw. Schwenkantrieb umfasst. Dieses Subsystem umfasst weiter bevorzugt darüber hinaus eine elektrohydraulische Verstellung der Pumpen, Drucksensoren und Verstellungssensoren bzw. Schwenkwinkelsensoren, bzw. Wegesensoren sowie Pumpenregelkarten. Advantageously, the workhead system has multiple subsystems. Preferably, it has a subsystem which comprises the pumps for the rotary drive or rotary actuator. Furthermore, this subsystem moreover preferably comprises an electrohydraulic adjustment of the pumps, pressure sensors and displacement sensors or swivel angle sensors, displacement sensors and pump control cards.
Ein weiteres Subsystem umfasst bevorzugt Hydraulikmotoren mit elektrohydrauli- scher Verstellung, Werkzeugarme, angetrieben mit Hydraulikzylindern mit Zylinderhubsensoren und Drehwinkelsensoren der Werkzeugarme sowie Zylinderkammerdrucksensoren. Another subsystem preferably comprises hydraulic motors with electrohydraulic adjustment, tool arms driven by hydraulic cylinders with cylinder stroke sensors and rotation angle sensors of the tool arms and cylinder chamber pressure sensors.
Ein weiteres Subsystem umfasst bevorzugt Servoventile mit EtherCAT Busanschluss und IO-Schnittstellen für Druck- und Winkelsensoren an den Werk zeugarmen. Ein weiteres Subsystem umfasst bevorzugt eine IO-Baugruppe im Schaltschrank, die bevorzugt im Leitstand platziert ist. Another subsystem preferably includes servo valves with EtherCAT bus connection and IO interfaces for pressure and angle sensors on the tool arms. Another subsystem preferably comprises an IO module in the control cabinet, which is preferably placed in the control room.
Ein weiteres Subsystem umfasst einen Steuerrechner mit Monitor und Steuersoft- wäre sowie Netzwerkschnittstellen zur Maschinen-SPS, sowie zum EtherCAT- Bussystem. Another subsystem includes a control computer with monitor and control soft- ware as well as network interfaces to the machine PLC as well as to the EtherCAT bus system.
Das Arbeitskopfsystem umfasst vorzugsweise darüber hinaus eine Steuersoftware. The workhead system preferably further includes control software.
Bevorzugt ist durch das Arbeitskopfsteuerungssystem ein allseitiger Versatz zwischen Arbeitskopfdrehachse und der Tunnelachse kompensierbar. Preferably, an all-round offset between working head axis of rotation and the tunnel axis can be compensated by the working head control system.
Das Arbeitskopfsteuerungssystem ist also bevorzugt in der Lage, einen etwa be- stehenden Versatz zwischen der Rotationsachse des Arbeitskopfes und der Tunnelachse auszugleichen. Es ist also nicht zwingend erforderlich, dass diese Achsen während des Schneidvorgangs deckungsgleich sind. The working head control system is therefore preferably able to compensate for any existing offset between the axis of rotation of the working head and the tunnel axis. So it is not mandatory that these axes are congruent during the cutting process.
Es ist denkbar, dass das Arbeitskopfsteuerungssystem, für bestimmte Aufgaben, wie etwa das Schneiden eines Tunnels entlang eines Polygonzuges, bewusst einen derartigen Versatz herbeiführt. So kann etwa die Maschine gerade in dem Tunnel verbleiben und dennoch eine Kurve schneiden. It is conceivable that for certain tasks, such as cutting a tunnel along a traverse, the working head control system may deliberately cause such misalignment. For example, the machine may just remain in the tunnel and still cut a curve.
Bevorzugt umfasst die Maschine ein Richtungskontrollsystem. Mittels des Arbeits- kopfsteuerungssystems und dieses Richtungskontrollsystems sind bevorzugt ein vorgegebener Tunnelverlauf und Tunnelkreuzungen mit wechselnden Tunnelprofilen und Übergängen auffahrbar. Preferably, the machine comprises a directional control system. By means of the working head control system and this direction control system, a predefined tunnel course and tunnel junctions with changing tunnel profiles and transitions can preferably be moved up.
In ihrem Verfahrensaspekt wird die Aufgabe gelöst zunächst durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Arbeitskopfes einer Maschine zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen, die einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisen, mit einem drehbar antreibbaren und in Vortriebsrichtung bewegbaren Arbeitskopf, mit mittels Werkzeugarmantrieben relativ zu einer die Drehachse des Arbeitskopfes bildenden Bezugsachse radial schwenkbaren Werk- zeugarmen mit hinterschneidend arbeitenden Werkzeugen, wie Rollenbohrwerkzeugen oder dergleichen, wobei den betreffenden Werkzeugarm von einem Ar- beitskopfsteuerungssystem ein sich über den Drehwinkel des Arbeitskopfes so ändernder radialer Arbeitsvorschub erteilt wird, dass sich eine entsprechende Penetration ergibt, mit der schließlich das gewünschte Endprofil (also der gewünschte Querschnitt) erzeugt wird. Der radiale Arbeitsvorschub, der dem betreffenden Werkzeugarm über den Drehwinkel des Arbeitskopfes erteilt wird, wird so optimiert, dass sich ein Schneidbahnverlauf ergibt, derart, dass das vorgegebene Pro- fil bei der maximal zur Verfügung stehenden Leistung der Maschine möglichst schnell geschnitten wird und/oder dass sich ein möglichst geringer Verschleiß der Maschine, insbesondere der Werkzeuge ergibt. Der Schneidbahnverlauf ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren also vortriebsgeschwindigkeitsmaximiert und/oder hinsichtlich minimalem Verschleiß optimiert. In its method aspect, the object is achieved first by a method for controlling a working head of a machine for driving distances, tunnels or the like, which have a deviating from the circular cross-section, with a rotatably driven and movable in the drive direction working head, by means of Werkzeugarmantrieben relative to one the Axis of rotation of the working head forming the reference axis radially pivotable tool arms with undercutting tools, such as roller drilling tools or the like, wherein the respective tool arm is granted by a Arbeitsbeskopfsteuerungssystem over the rotation angle of the working head so changing radial working feed that results in a corresponding penetration, with the finally the desired end profile (ie the desired cross-section) is generated. The radial working feed, which is given to the relevant tool arm via the rotation angle of the working head, is optimized so that a cutting path results in such a way that the predetermined profile is cut as quickly as possible and / or at the maximum available power of the machine that the least possible wear of the machine, in particular the tools results. In the method according to the invention, the course of the cutting path is thus maximized in terms of driving speed and / or optimized with regard to minimal wear.
Mit Vorteil setzt sich der Schneidbahnverlauf aus einem - insbesondere inneren - „runden" spiralförmigen Schneidbahnverlauf und einem - insbesondere äußeren - , den Außenkonturen des zu schneidenden Profils angepassten „unrunden" Schneidbahnverlauf zusammen. Der Übergang von dem„runden" zu dem„unrun- den" Verlauf geschieht bevorzugt, bevor der durch den runden Spiralverlauf gebildete Kreis das zu schneidende Profil tangiert. Advantageously, the cutting path course is composed of a "round" spiral cutting path course, in particular of an inner one, and a "non-round" cutting path course adapted to the outer contours of the profile to be cut, in particular the outer contour. The transition from the "round" to the "non-round" course preferably takes place before the circle formed by the circular spiral course touches the profile to be cut.
Mit Vorteil wird ein Schneidbahnverlauf gewählt, in dessen Verlauf sich die Werkzeuge - insbesondere die äußeren Werkzeuge - stets in schneidendem Eingriff mit dem Gestein befinden. Es wird also bevorzugt keine Bahn wiederholt überfahren. Weiter bevorzugt wird also nicht solange rund geschnitten, wie es möglich wäre (bis also der durch das Rundschneiden erzeugte Kreis das gewünschte Profil tangiert). Der Übergang von dem„runden" zu dem„unrunden" Verlauf erfolgt bevorzugt im äußeren Randbereich des zu schneidenden Profils. Der Übergang erfolgt insbesondere in einem Randbereich, der in dem Bereich, in dem die Schneidbahnen bzw. Werkzeugbahnen am engsten zusammen liegen, eine Breite von weniger als 50% und weiter bevorzugt etwa 10% des maximalen Radius des zu schneidenden Profils aufweist. Advantageously, a cutting path course is selected, in the course of which the tools - in particular the outer tools - are always in cutting engagement with the rock. It is therefore preferred not run over a train repeatedly. More preferably, therefore, not as long as possible cut round as it would be possible (until the circle generated by the circular cutting affects the desired profile). The transition from the "round" to the "non-round" course preferably takes place in the outer edge region of the profile to be cut. The transition takes place in particular in an edge region which, in the region in which the cutting paths or tool paths are closest together, has a width of less than 50% and more preferably about 10% of the maximum radius of the profile to be cut.
Die Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt auch gelöst durch ein Verfahren, ins- besondere nach einem der Ansprüche 6 bis 9, zur Ansteuerung eines Arbeitskopfes einer Maschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen mit einem mittels eines Drehantriebs drehbar antreibbaren und in Vortriebsrichtung bewegbaren Arbeitskopf, mit mittels Werkzeugarmantrieben relativ zu einer die Drehachse des Arbeitskopfes bildenden Bezugsachse radial schwenkbaren Werkzeugarmen mit Werkzeugen, wie Rollenbohrwerkzeugen oder dergleichen, mit einem Arbeitskopfsteuerungs- system, wobei das Arbeitskopfsteuerungssystem die Maschine von während des Vortriebsvorgangs entstehenden Belastungsspitzen entlastet. Hierdurch wird die Haltbarkeit der Maschine erhöht. Bevorzugt findet keine gezielte elastische Entlas- tung statt. Vorzugsweise arbeitet der Werkzeugarmantrieb hydraulisch mit Hilfe von Servoventilen. Die Belastungsspitzen werden bevorzugt durch Sensoren, insbesondere Drucksensoren, die den Druck des Hydrauliköls detektieren, erfasst. Bei Überschreiten eines kritischen Drucks werden die Servoventile bevorzugt derart betätigt, dass der Druck unterhalb eines kritischen Wertes sinkt. Bevorzugt ar- beiten die Ventile und die Steuerung des Arbeitskopfsteuerungssystems so schnell, dass eine Entlastung bereits bei einer Überschreitung des kritischen Drucks für eine Zeit von wenigen Millisekunden stattfindet. Es werden also bevorzugt Belastungsspitzen, insbesondere Druckspitzen, die etwa zu Zylinderausfällen führen können, spätestens nach wenigen Millisekunden abgeschnitten. Mit ande- ren Worten ausgedrückt wird bevorzugt der„Dynamische Peak", also ein Impuls an dem Werkzeug, gemessen und das Servoventil öffnet bei einem Überschreiten eines kritischen Wertes, wodurch ein Schutz der nachgeschalteten Hydraulikelemente erzielt wird. Die Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt auch gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Arbeitskopfes einer Maschine zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen, insbesondere mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt, wobei der Arbeitskopf mittels eines Drehantriebs drehbar an- treibbar und in Vortriebsrichtung bewegbar ist und mittels Werkzeugarmantrieben relativ zu einer die Drehachse des Arbeitskopfes bildenden Bezugsachse radial schwenkbare Werkzeugarme mit hinterschneidend arbeitenden Werkzeugen aufweist, wobei die Ansteuerung mittels eines Arbeitskopfsteuerungssystems ge- schieht, wobei das Arbeitskopfsteuerungssystem bevorzugt die Geometriedaten des Solltunnelprofils definiert und weiter bevorzugt die Sollpositionsbahnen für die Werkzeugarme unter Berücksichtigung des Solltunnelprofils berechnet und weiter bevorzugt die Arbeitskopfdrehzahl aus Schnittparametern und Werkzeugarmpositionen berechnet und weiter bevorzugt eine Lageregelung und Überwachung der Zylinderposition durchführt und weiter bevorzugt eine Kollisionsüberwachung und Kollisionsvermeidung der Werkzeugarme untereinander durchführt und weiter bevorzugt eine Drehzahlregelung und Positionsregelung des Arbeitskopfes durchführt und weiter bevorzugt einen Vergleich und eine Überwachung der redundanten Werkzeugarmsensoren durchführt und weiter bevorzugt eine Druckregelung der Pumpen für die Werkzeugarmversorgung durchführt und weiter bevorzugt eine Schwenkwinkelregulierung der Pumpen für den Arbeitskopfdrehantrieb durchführt und weiter bevorzugt eine Kommunikation mit der Maschinen-SPS durchführt und weiter bevorzugt alle relevanten Sensoren auf Kabelbruch und Plausibilität überwacht und weiter bevorzugt die Betriebsparameter überwacht und die Schnittpa- rameter bei Überlastung der Maschine reduziert und weiter bevorzugt eine Langzeitaufzeichnung relevanter Betriebsdaten durchführt und weiter bevorzugt ein Meldungswesen durchführt. The object is achieved in its method aspect also by a method, in particular according to one of claims 6 to 9, for driving a working head of a machine, in particular according to one of claims 1 to 5, for driving distances, tunnels or the like with a means a rotary drive rotatably driven and movable in the advancing direction working head, with tool arm drives relative to a axis of rotation of the working head forming reference axis radially pivoting tool arms with tools, such as roller drilling tools or the like, with a Arbeitskopfsteuerungs- system, wherein the working head control system, the machine of resulting during the advancing operation load peaks relieved. This increases the durability of the machine. Preferably no targeted elastic relief takes place. Preferably, the Werkzeugarmantrieb works hydraulically by means of servo valves. The load peaks are preferably detected by sensors, in particular pressure sensors, which detect the pressure of the hydraulic oil. When a critical pressure is exceeded, the servo valves are preferably actuated such that the pressure drops below a critical value. Preferably, the valves and the control of the working head control system work so fast that a discharge already takes place when the critical pressure is exceeded for a time of a few milliseconds. Thus, it is preferable to cut off load peaks, in particular pressure peaks, which can lead to cylinder failures, for example, at the latest after a few milliseconds. In other words, the "dynamic peak", ie an impulse on the tool, is preferably measured and the servo valve opens when a critical value is exceeded, thereby achieving protection of the downstream hydraulic elements by a method for controlling a working head of a machine for driving distances, tunnels or the like, in particular with a cross section deviating from the circular shape, the working head being rotatable by means of a rotary drive. drivable and can be moved in the advancing direction and by means of tool arm drives relative to a reference axis forming the axis of rotation of the working head radially pivotable tool arms with undercutting working tools, the control by means of a working head control system happens, the work head control system preferably defines the geometric data of Solltunnelprofils and more preferably the Target position tracks for the tool arms, taking into account the nominal tunnel profile calculated and further preferably the working head speed calculated from Schnittparametern and Werkzeugarmpositionen and further preferably performs a position control and monitoring of the cylinder position and more preferably performs collision monitoring and collision avoidance of the tool arms with each other and more preferably performs a speed control and position control of the working head and further preferably a comparison and a monitoring the redundant Werkzeugarmsensoren performs and further preferably performs a pressure control of the pump for the Werkzeugarmversorgung and more preferably performs a swivel angle control of the pumps for the working head rotary drive and more preferably performs a communication with the machine PLC and more preferably monitors all relevant sensors for cable breakage and plausibility and on preferably monitors the operating parameters and reduces the Schnittpa- parameters when overloading the machine and further preferably performs a long-term recording of relevant operating data and more preferably performs a reporting system.
Die Erfindung soll nun anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungs- beispiels näher erläutert werden. Es zeigen: eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Maschine; Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung zweier Schneidbahnen eines inneren und eines äußeren Schneidarmes; Fig. 3 eine Darstellung des Arbeitsbereichs der inneren und äußerenThe invention will now be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown in the drawings. FIG. 1 shows a side view of an exemplary embodiment of a machine according to the invention; FIG. FIG. 2 shows a simplified illustration of two cutting paths of an inner and an outer cutting arm; FIG. Fig. 3 is an illustration of the working area of the inner and outer
Schneidarme; Cutting arms;
Fig. 4 eine Darstellung der spiralförmigen Schneidbahnen; Fig. 4 is an illustration of the spiral cutting paths;
Fig. 5 eine Seitenansicht der Ortsbrust mit Veranschaulichung der Fig. 5 is a side view of the working face with an illustration of the
Schnittparameter;  Cutting parameters;
Fig. 5a eine Darstellung des Versatzes von Arbeitskopfdrehachse und Fig. 5a is an illustration of the offset of working head axis of rotation and
Tunnelachse;  Tunnel axis;
Fig. 5b eine perspektivische Darstellung einer Tunnelkreuzung mit wechselnden Tunnelprofilen; Fig. 6 eine schematische Darstellung der Schneidarmsteuerung und Ar- beitkopfrotationssteuerung; Fig. 5b is a perspective view of a tunnel junction with changing tunnel profiles; 6 shows a schematic illustration of the cutting arm control and work head rotation control;
Fig. 7 eine Darstellung der elektrohydraulischen Verstellpumpenregelung; Fig. 8 bis 1 1 Darstellungen von Bedienoberflächen; 7 shows an illustration of the electrohydraulic variable-displacement pump control; 8 to 1 1 representations of user interfaces;
Fig. 12 ein Diagramm mit möglichen Verläufen des Drehmoments und der 12 is a diagram with possible curves of the torque and the
Drehzahl des Arbeits köpf es; Fig. 13 eine schematische Darstellung der Hinterschneidtechnik;  Speed of the work köpf it; Fig. 13 is a schematic representation of the undercut technique;
Fig. 13a eine Darstellung eines Ausschnitts von Fig. 13 in vergrößertem Fig. 13a is an illustration of a detail of Fig. 13 in enlarged
Maßstab; Fig. 14 eine Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Verlaufs des Schwenkwinkels über dem Drehwinkel; Fig. 15 eine vereinfachte Darstellung des zu Fig. 14 gehörigen Schneidbahnverlaufs; Scale; 14 shows an illustration of a course of the swivel angle over the angle of rotation known from the prior art; FIG. 15 shows a simplified illustration of the cutting path profile associated with FIG. 14; FIG.
Fig. 16 und 17 vereinfachte Darstellungen von aus dem Stand der Technik be- kannten Schneidverfahren; FIGS. 16 and 17 are simplified illustrations of cutting processes known from the prior art;
Fig. 18 bis 23 erfindungsgemäße Verläufe des Schwenkwinkels γ über dem Fig. 18 to 23 according to the invention curves of the pivot angle γ over the
Drehwinkel α sowie jeweils zugehörige Schneidbahnverläufe. Fig. 1 zeigt eine Maschine 1 mit einem Arbeitskopf 2, Werkzeugen 3 sowie Werkzeugarmen 4, 4'. Es sind lediglich zwei Werkzeugarme 4, 4' gezeigt. Auch der Drehantrieb bzw. eine Drehantriebseinheit 6 des Arbeitskopfes 2, die als Versteilmotor 7 ausgeführt ist, sowie zwei als Hydraulikzylinder ausgeführte Werkzeugarmantriebe 10, 10' sind erkennbar. Der Arbeitskopf 2 ist um eine Achse M parallel zur Vortriebsrichtung drehbar antreibbar.  Angle of rotation α and respective associated cutting path profiles. 1 shows a machine 1 with a working head 2, tools 3 and tool arms 4, 4 '. Only two tool arms 4, 4 'are shown. Also, the rotary drive or a rotary drive unit 6 of the working head 2, which is designed as Versteilmotor 7, and two designed as a hydraulic cylinder Werkzeugarmantriebe 10, 10 'can be seen. The working head 2 is rotatably driven about an axis M parallel to the driving direction.
Wie insbesondere die Fig. 2 und 3 zeigen, arbeitet die Maschine 1 nach dem Prinzip der Hinterschneidtechnik. Sie ist mit insgesamt sechs Schneidarmen 4, 4' mit Werkzeugen 3 ausgestattet. Die Werkzeuge 3 sind als Rollenmeißel 3a ausge- führt. Die bei diesem Prozess entstehenden Schneidkräfte werden durch zwei Verspannebenen in die Tunnelwand eingeleitet. Die Rollenmeißel 3a bleiben während des Abbauprozesses in ihren jeweiligen Kerben. Dies reduziert Vibrationen und Verschleiß. Der Zentralbereich 45 der Ortsbrust wird mit Hilfe zweier Schneidarme 4' bearbeitet, die während der Arbeitskopfrotation von außen nach innen verschwenkt werden. (In den Fig. 2 und 5 ist lediglich einer der beiden inneren Schneidarme 4' dargestellt). Der äußere Bereich 46 der Ortsbrust wird mittels vier äußerer Schneidarme 4 bearbeitet, die von innen nach außen verschwenkt werden. (In den Fig. 2 und 5 ist lediglich einer der vier äußeren Schneidarme 4 dargestellt). Hierdurch wird eine Ortsbrust mit zweifacher Wölbung erzeugt, die sehr stabil ist. Wie die Fig. 2 und 4 zeigen, ergeben sich spiralförmige Schneidbahnen 5. Der Arbeitskopf 2 wird während des Schneidvorganges in axialer Richtung nicht bewegt. Erst nachdem die Schneidarme 4, 4' ihre vorgesehene Schwenkbewegung vollzogen haben und in eine sichere Position zurückgekehrt sind, wird er vorgerückt. As particularly shown in FIGS. 2 and 3, the machine 1 operates on the principle of undercutting. It is equipped with a total of six cutting arms 4, 4 'with tools 3. The tools 3 are designed as roller bits 3a. The cutting forces created during this process are introduced into the tunnel wall through two clamping planes. The roller bits 3a remain in their respective notches during the degradation process. This reduces vibrations and wear. The central region 45 of the working face is machined by means of two cutting arms 4 ' , which are pivoted during working head rotation from outside to inside. (In Figs. 2 and 5, only one of the two inner cutting arms 4 'is shown). The outer region 46 of the working face is machined by means of four outer cutting arms 4, which are pivoted from the inside to the outside. (In Figs. 2 and 5, only one of the four outer cutting arms 4 is shown). As a result, a face with double curvature is generated, which is very stable. As FIGS. 2 and 4 show, helical cutting paths 5 result. The working head 2 is not moved in the axial direction during the cutting process. Only after the cutting arms 4, 4 ' their intended It has been moved forward and returned to a safe position.
Fig. 5 veranschaulicht in Verbindung mit Fig. 13a die Schnittparameter An- druck/Thrust (F), Penetration (P) und Schneidtiefe (S). FIG. 5, in conjunction with FIG. 13a, illustrates the cutting parameters pressure / thrust (F), penetration (P) and cutting depth (S).
Wie Fig. 5a zeigt, kann das Arbeitskopfsteuerungssystem 1 a einen allseitigen Versatz zwischen der Arbeitskopfdrehachse M und der Tunnelachse T kompensieren. As shown in Fig. 5a, the working head control system 1 a can compensate for an all-round offset between the working head rotation axis M and the tunnel axis T.
In Fig. 5b ist ein vorgegebener Tunnelverlauf mit einer Tunnelkreuzung mit wechselnden Tunnelprofilen und Übergängen gezeigt, der von der Maschine bzw. der Arbeitskopfsteuerung in Verbindung mit dem Richtungskontrollsystem auffahrbar ist. FIG. 5 b shows a predetermined tunnel course with a tunnel junction with changing tunnel profiles and transitions, which can be driven by the machine or the working head control in conjunction with the direction control system.
Wie Fig. 6 zeigt, erfolgt die Bedienung des Arbeitskopfsteuerungssystems 1 a ausschließlich über das Bedienpult im Leitstand der Maschine. Wie in Fig. 6 dargestellt, werden die Bedieneingaben über das Pult zunächst von der Anlagen-SPS vorverarbeitet und dann über die Modbus-Schnittstelle an den Schneidprozess- steuerrechner weitergereicht. Insbesondere erfolgt die Anwahl des Betriebsmodus: Schneiden, Service, Wartung, Fahrposition, Basicposition sowie Start und Stopp des Schnittprozesses über das Bedienpult. As shown in FIG. 6, the operation of the working head control system 1 a takes place exclusively via the control console in the control station of the machine. As shown in FIG. 6, the operator inputs via the console are first preprocessed by the plant PLC and then passed on via the Modbus interface to the cutting process control computer. In particular, the operating mode is selected: cutting, service, maintenance, driving position, basic position and start and stop of the cutting process via the control panel.
Fig. 7 zeigt eine Realisierung der Pumpenregelung innerhalb der Schneidarm- Steuerung. Fig. 7 shows an implementation of the pump control within the Schneidarm- control.
Es können folgende Modi (über das Bedienpult) angewählt werden, wobei alle Modi kollisionsüberwacht sind: - Basisposition anfahren: Die Schneidarme fahren auf die Basisposition, der Drehwinkel des Schneidkopfes fährt auf 0 bzw. 180°. - Fahrposition anfahren: Die Schneidarme und der Schneidkopf fahren auf die Fahrposition. The following modes can be selected (via the control panel), whereby all modes are collision-monitored: - Approach base position: The cutting arms move to the base position, the rotation angle of the cutting head moves to 0 or 180 °. - Approach driving position: The cutting arms and the cutting head move to the driving position.
- Servicemodus: Im Servicemodus kann jeder Schneidarm 4, 4' und die Kopf- drehung manuell über Taster gefahren werden. Die Fahrt erfolgt mit einer festgelegten Geschwindigkeit. - Service mode: In service mode, each cutting arm 4, 4 'and the head rotation can be manually operated via push buttons. The ride is at a fixed speed.
- Wartungsmodus: Im Wartungsmodus werden definierte Positionen der Schneidarme und des Kopfdrehwinkels angefahren. Der Positionsvorgang läuft folgendermaßen ab (um Kollisionen mit einer etwaigen Wartungsbühne zu vermeiden): Einfahren der Arme auf eine Basicposition, Drehen des Arbeitskopfes 2 auf einen Sollwinkel, Ausfahren der Arme auf Wartungsposition. - Maintenance mode: In maintenance mode, defined positions of the cutting arms and the head rotation angle are approached. The positioning process proceeds as follows (to avoid collisions with any maintenance platform): retracting the arms to a basic position, turning the working head 2 to a desired angle, extending the arms to the maintenance position.
Im Schneidmodus erfolgt das Verfahren der Arme 4, 4' auf einer Spiralbahn, die sich aus Penetration und Schneidkopfdrehzahl ergibt. Die Schneidkopfdrehzahl ergibt sich aus der Vorgabe der Schnittgeschwindigkeit und dem aktuell größten Radius der äußeren Schneidarme. Penetration und Schnittgeschwindigkeit können während der Spiralisierung verstellt werden. Die Spiralbahn wird durch das Tunnelprofil begrenzt. Abhängig von einer„Shaping"-Funktion erfolgt ein gleitender Übergang zwischen Kreis- und Profilschnitt, wie dies etwa in Fig. 18 und 19 dargestellt ist. Der„Kreisschnitt" kann auch als„runder Schneidbahnverlauf" 5a bezeichnet werden und der„Profilschnitt" kann auch als„unrunder Schneidbahnverlauf" 5b bezeichnet werden. Die Parameter der„Shaping"-Funktion können nur zu Anfang eines Schnittes geändert werden. Die inneren Schneidarme 4' starten den Schnitt abhängig von einer Radialposition, die die äußeren mindestens erreicht haben müssen. Diese Radiusposition ist von der eingestellten Schnitttiefe abhängig. Die Schnitttiefe kann nur einmal vor dem jeweiligen Schnitt eingestellt werden. Bis auf den Kollisionsfall schneiden innere und äußere Schneidarme unabhängig voneinander. Sobald innere und äußere Schneidarme den Schnitt beendet haben, fahren sie auf eine sichere Kreisbahn zurück und warten, bis die jeweils anderen Arme den Schnitt ebenfalls beendet haben. Sind innere und äußere Arme beide fertig, dann fahren alle Arme 4, 4' auf die Basisposition zurück. Der Schnitt kann jederzeit gestoppt werden. Dann fahren die Arme 4, 4 ' zunächst auf eine sogenannte Restart-Position zurück. Bei einem Restart wird der Schnitt fortgesetzt. Wahlweise kann die Basisposition angefahren werden, dann wird der Schnitt von vorne begonnen (Dies gilt nur für die Arme, die den aktuellen Schnitt noch nicht beendet haben). In the cutting mode, the process of the arms 4, 4 ' on a spiral path, resulting from penetration and cutting head speed. The cutting head speed results from the specification of the cutting speed and the currently largest radius of the outer cutting arms. Penetration and cutting speed can be adjusted during spiraling. The spiral path is limited by the tunnel profile. Depending on a "shaping" function, there is a sliding transition between circular and profile section, as is illustrated, for example, in FIGS. 18 and 19. The "circular section" can also be referred to as "round section path" 5a and the "section section" can The parameters of the "shaping" function can only be changed at the beginning of a cut. The inner cutting arms 4 ' start the cut depending on a radial position, which must have reached the outer at least. This radius position depends on the set depth of cut. The cutting depth can only be set once before each cut. Apart from the collision case, inner and outer cutting arms cut independently of each other. Once the inner and outer cutting arms have finished the cut, they return to a safe orbit and wait until the other arms have also finished the cut. Are both inner and outer arms done, then all arms 4, 4 'go back to the base position. The cut can be stopped at any time. Then the arms 4, 4 ' first move back to a so-called restart position. At a restart, the cut is continued. Alternatively, the base position can be approached, then the cut is started from the beginning (this applies only to the arms that have not yet completed the current cut).
Fig. 8 zeigt eine Überblicksbedienoberfläche. Zentrales Element ist die Darstellung der Schneidarmposition 48. Der jeweils dargestellte Punkt ist der Kontaktpunkt der Schneidrolle 3a, also des Werkzeugs 3. Die Linie stellt die Position des Kontakt- punktes der letzten Sekunden dar. Die während eines Schnittes bereits Überfallene Schnittfläche wird farbig hinterlegt dargestellt. Fig. 8 shows an overview user interface. The central element is the representation of the cutting arm position 48. The point shown in each case is the contact point of the cutting roller 3a, that is the tool 3. The line represents the position of the contact point of the last seconds. The cut surface already attacked during a cut is shown in color ,
Oberhalb befindet sich eine Buttonleiste 49, mit der das Schnittprofil ausgewählt werden kann. Above is a button bar 49 with which the cutting profile can be selected.
Links angeordnet ist der Leistungsbedarf 50 der Elektromotoren für die Hydraulikpumpen. Die Summenleistung der beiden Motoren wird numerisch dargestellt (51 ). Eine Überlastung wird durch LED's signalisiert (52). Der Schnittfortschritt - getrennt für innere und äußere Arme - wird unterhalb dargestellt (53). Die Schnittzeit und die Restzeit bis zum Schnittende ebenfalls. On the left is the power requirement 50 of the electric motors for the hydraulic pumps. The total power of the two motors is shown numerically (51). An overload is signaled by LEDs (52). The cutting progress - separated for inner and outer arms - is shown below (53). The cutting time and the remaining time to the end of the cut also.
Im Fenster„cutting State" 54 wird der Zustand der Schneideinheit über LED's dargestellt. Es ist ein Fenster 55 vorgesehen, in dem die Sollwerte für Penetration, Schnittgeschwindigkeit und Schnitttiefe eingestellt werden (target). Die Schnitttiefe kann nur zu Beginn eines Schnittes eingestellt werden. Eine Veränderung der Penetration wird während mehrer Umdrehungen des Schneidkopfes übernommen. Sowohl die Schnittgeschwindigkeit als auch die Penetration können von der Steuerung im Falle der Überlastung automatisch reduziert werden. Aus diesem Grund kann der jeweilige Sollwert vom Istwert abweichen und wird daher auch dargestellt (current). Zusätzlich wird die wirkliche Penetration dieser Schneidrolle aus dem von der vorherigen Umdrehung bekannten Positionswert berechnet und in beiden Diagrammen dargestellt. Penetration und Schnittgeschwindigkeit können in jedem Berechtigungslevel eingestellt werden. Die Parameter des Drehantriebs werden in einem weiteren Fenster 56 dargestellt. Eine Überschreitung des maximal zulässigen Drehmoments wird angezeigt. Das Drehmoment wird über die Druckdifferenz an den Antriebsmotoren und deren Schluckvolumen berechnet. Die Gesamtumdrehungen seit Inbetriebnahme der Maschine werden ebenfalls dargestellt. The state of the cutting unit is represented by LEDs in the "cutting state" window 54. A window 55 is provided in which the target values for penetration, cutting speed and cutting depth are set (target) .The cutting depth can only be set at the beginning of a cut. A change in the penetration is taken over several rotations of the cutting head.Always the cutting speed and the penetration can be automatically reduced by the control in case of overloading.Therefore, the respective set point can deviate from the actual value and is therefore shown (current). In addition, the actual penetration of this cutter is calculated from the position value known from the previous revolution and shown in both diagrams Penetration and cutting speed can be set at any authorization level. The parameters of the rotary drive are shown in another window 56. Exceeding the maximum permissible torque is displayed. The torque is calculated via the pressure difference across the drive motors and their displacement. The total revolutions since machine startup are also shown.
Fig. 9 zeigt die Seite„cutting arms" der Bedienoberfläche. Auf dieser Seite werden die relevanten Signale an den Schneidarmen 4, 4' dargestellt. Die einzelnen Arme können einzeln selektiert werden. Die Schneidkraft wird über die Druckdifferenz am Zylinder und die winkelabhängige geometrische Übersetzung berechnet. Es wird nur die Kraftkomponente senkrecht zur Schneidrollenachse ermittelt. Diese Kraft wird für alle sechs Rollen 3a in Graphen dargestellt (60). Für die Ermittlung des Schneidarmwinkels γ stehen zwei Sensorsignale zur Verfügung. Dies sind der Zylinderweg und eine direkte Messung des Schneidarmwinkels. Aus dem Zylinderweg wird der Schneidarmwinkel berechnet. 9 shows the "cutting arms" side of the user interface, on this page the relevant signals are displayed on the cutting arms 4, 4 'The individual arms can be individually selected The cutting force is determined by the pressure difference at the cylinder and the angle-dependent geometric translation This force is shown in graphs for all six rollers 3a (60) Two sensor signals are available for determining the cutting arm angle γ: the cylinder travel and a direct measurement of the cutting arm angle. The cutting arm angle is calculated from the cylinder travel.
In der Box„rotation" wird der Drehwinkel des Bohrkopfes dargestellt. Des weiteren können auf dieser Seite Leistungsgrenzwerte festgelegt werden, die über einen automatisierten Zugriff Penetration und Schnittgeschwindigkeit während eines Schnittes soweit reduzieren, bis die entsprechenden Messwerte unterhalb der Grenzwerte liegen (Feld 63). Fig. 10 zeigt die Seite„supply". Hier werden die Parameter der Versorgungspumpen und der Motoren für die Schneidkopfrotation dargestellt. Dies sind: Drücke an den Pumpen 63, Position Schwenkscheibe, Position Stellventile 64, Zustand VPCD 65, Position Schwenkscheibenmotoren, Drücke am rotierenden Kopf 66. Der Versorgungsdruck für die Schneidarme kann über den Parameter 68 vorge- geben werden. Auch sind die hydraulischen Leistungen 69, die sich aus berechnetem Volumenstrom (Schwenkwinkel x Schluckvolumen) und gemessenem Druck ergeben, dargestellt. Fig. 1 1 zeigt die Seite„maintenance". Hier können verschiedene Wartungsaufgaben durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Verschleißzustand aller Werkzeuge eingetragen werden. Von der Steuerung wird dann die Zustellung der Rollen automatisch derart justiert, so dass alle Rollen während des Schnittes die glei- che Penetration aufweisen. Hierzu wird die Penetration der größeren Rolle auf das Maß der kleinsten Schneidrolle zurückgenommen. Dies hat zur Konsequenz, dass auch bei nur einer verschlissenen Rolle nicht mehr der größtmögliche Tunnelradius gebohrt werden kann. In Fig. 12 ist ein Diagramm mit möglichen Verläufen des Drehmoments 72 und der Drehzahl 73 der Schneidarme gezeigt. The rotation box of the drill head is displayed in the box "rotation" and performance limits can be set on this page, which reduce the penetration and cutting speed during a cut through an automated access until the corresponding measured values are below the limits (field 63). Fig. 10 shows the page "supply". Here the parameters of the supply pumps and the motors for the cutting head rotation are shown. These are: pressures at the pumps 63, position swivel disk, position control valves 64, state VPCD 65, position swashplate motors, pressures at the rotating head 66. The supply pressure for the cutting arms can be specified via the parameter 68. The hydraulic outputs 69, which result from the calculated volume flow (swivel angle x displacement) and measured pressure, are also shown. 1 1 shows the page "maintenance." Here, various maintenance tasks can be carried out, for example, the state of wear of all tools can be entered, and the control automatically adjusts the delivery of the rollers in such a way that all the rollers during the cut For this purpose, the penetration of the larger roll is reduced to the dimension of the smallest cutting roll, with the result that even with only one worn roll, the largest possible tunnel radius can no longer be drilled in Figure 12 is a diagram with possible progressions the torque 72 and the speed 73 of the cutting arms shown.
Fig. 13 zeigt im linken Bereich eine schematische Darstellung der konventionellen Schneidtechnik. Im rechten Bereich ist die Hinterschneidtechnik schematisch dar- gestellt. FIG. 13 shows in the left-hand area a schematic illustration of the conventional cutting technique. The undercutting technique is shown schematically in the right area.
Fig. 14 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Verlauf des Schwenkwinkels γ der äußeren Werkzeugarme über dem Drehwinkel α des Arbeitskopfes 2. Diese Darstellung gehört zu dem in Fig. 15 dargestellten Schneidbahnverlauf. Die Schneidbahnen sind in den Fig. 15, 19, 21 und 23 vereinfacht dargestellt. In Wirklichkeit handelt es sich um Spiralen. Bei dem in den Fig. 14 und 15 gezeigten bekannten Verfahren wird erst ein Profil mit kreisförmiger Begrenzung erzeugt und hiernach die Partien ausgearbeitet, die von der Kreisform abweichen bzw. über diese hinausgehen. Es wird also solange rund geschnitten, wie es geht, bis der Kreis das gewünschte Profil tangiert. Weitere Beispiele für das derartige, aus dem Stand der Technik bereits bekannte Verfahren, zeigen die Fig. 16 und 17. Die für den Schneidvorgang erforderliche Leistung teilt sich ausschließlich auf in die für die Rotation des Arbeitskopfes 2 erforderliche Leistung und die für die Ver- schwenkung der Werkzeugarme 4, 4' erforderliche Leistung. Das in den Fig. 14 bis 17 gezeigte, bereits bekannte Verfahren hat den Vorteil, dass über einen möglichst langen Zeitraum nur wenig Leistung für das Verschwenken der Werkzeugarme 4 benötigt wird. Denn während des Kreisschnittes bzw. des runden Schneidbahnverlaufs 5a erfolgt lediglich eine wenig Leistung benötigende langsame und kontinuierliche Verschwenkung der Schneidarme 4. Der viel Leistung für die Schwenkarme erfordernde Profilschnitt bzw. unrunde Schneidbahnverlauf 5b ist auf ein Minimum beschränkt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass die Werkzeuge notwendigerweise mehrfach über einen Bereich 74 geführt werden. Da dieser Bereich 74 bereits bei erstmaligem Durchfahren geschnitten wird, kommen die Werkzeuge bei jeder weiteren Überfahrung mit dem Gestein außer Eingriff. Nachdem sie den Bereich 74 durchfahren haben, greifen sie wieder neu in das Gestein ein. Es hat sich gezeigt, dass dieses Außereingriffkommen und wieder Ineingriffkommen (Einschnäbeln) eine große Belastung für die Maschine 1 darstellt und insbesondere zu einem großen Verschleiß der Werkzeuge 3 führt. FIG. 14 shows a profile, known from the prior art, of the swivel angle γ of the outer tool arms relative to the angle of rotation α of the working head 2. This illustration belongs to the cutting path profile shown in FIG. The cutting paths are shown in simplified form in FIGS. 15, 19, 21 and 23. In fact, these are spirals. In the case of the known method shown in FIGS. 14 and 15, first a profile is produced with a circular boundary and thereafter the parts which deviate from the circular shape or go beyond it are worked out. So it is cut as long as it goes, until the circle touches the desired profile. Further examples of the method already known from the prior art are shown in FIGS. 16 and 17. The power required for the cutting operation is divided exclusively into the power required for the rotation of the working head 2 and that for the pivoting the tool arms 4, 4 'required power. The already known method shown in FIGS. 14 to 17 has the advantage that only little power is required for pivoting the tool arms 4 over as long a period as possible. Because during the circular section or the circular Schneidbahnverlaufs 5a takes place only a little power-requiring slow and Continuous pivoting of the cutting arms 4. The profile section or non-circular cutting path profile 5b, which requires a great deal of power for the pivot arms, is kept to a minimum. However, it is disadvantageous in this method that the tools are necessarily guided several times over a region 74. Since this area 74 is already being cut when first driven through, the tools are disengaged from the rock every time it passes through. After they have passed the area 74, they re-engage in the rock again. It has been found that this disengagement and re-engagement (biting) is a great burden on the machine 1 and in particular leads to a great wear of the tools 3.
Das in den Fig. 18 bis 23 gezeigte Verfahren vermeidet diesen Nachteil. The method shown in Figs. 18 to 23 avoids this disadvantage.
Fig. 18 und 19 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens. Bei die- sem Verfahren wird zur Ansteuerung des Arbeitskopfes der Maschine 1 jedem Werkzeugarm ein sich über den Drehwinkel α des Arbeitskopfes 2 so ändernder radialer Arbeitsvorschub erteilt, dass sich eine entsprechende Penetration ergibt, mit der schließlich das gewünschte Endprofil erzeugt wird. Dies geschieht derart, dass sich ein Schneidbahnverlauf ergibt, der insbesondere darauf optimiert ist, dass sich ein möglichst geringer Verschleiß der Maschine 1 , insbesondere der Werkzeuge 3 ergibt. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Schneidbahnverlauf gewählt wird, in dessen Verlauf sich die Werkzeuge 3 der äußeren Werkzeugarme 4 stets in schneidendem Eingriff mit dem Gestein befinden. Wie sich aus Fig. 19 ergibt, setzt sich der Schneidbahnverlauf aus einem inneren runden spiralförmigen Schneidbahnverlauf 5a und einem äußeren, den Außenkonturen des zu schneidenden Profils 44 angepasst unrunden Schneidbahnverlaufs 5b zusammen. Der Übergang Ü von dem runden zu dem unrunden Verlauf geschieht, bevor der durch den runden Spiralverlauf gebildete Kreis das zu schneidende Profil tangiert. Es wird also bereits„unrund" geschnitten, bevor dies erforderlich wäre. Fig. 19 zeigt, dass auf diese Weise kein Bereich 74 vorhanden ist, der von den Werkzeugen 3 mehrfach durchlaufen wird. Ein Außereingriffkommen und Einschnäbeln der Werkzeuge 3 in diesem Bereich des Schneidbahnverlaufs findet also nicht statt. Fig. 19 zeigt auch, dass der Übergang Ü von dem runden zu dem unrunden Schneidbahnverlauf im äußeren Randbereich des zu schneidenden Profils geschieht und zwar in einem Randbereich, der in dem Bereich, in dem die Schneidbahnen am engsten zusammen liegen, eine Breite B von weniger als 50% des maximalen Radius R des zu schneidenden Profils, und zwar etwa 7% aufweist. Figs. 18 and 19 show a first embodiment of this method. In this method, for controlling the working head of the machine 1, each tool arm is given a radial working feed that changes over the angle of rotation α of the working head 2 in such a way that a corresponding penetration results which finally produces the desired end profile. This is done in such a way that results in a cutting path, which is optimized in particular that the least possible wear of the machine 1, in particular of the tools 3 results. This is achieved by selecting a cutting path course in the course of which the tools 3 of the outer tool arms 4 are always in cutting engagement with the rock. As can be seen from FIG. 19, the cutting path profile is composed of an inner, round, spiral-shaped cutting path profile 5 a and an outer, non-circular cutting path profile 5 b adapted to the outer contours of the profile 44 to be cut. The transition Ü from the round to the non-round course happens before the circle formed by the circular spiral course affects the profile to be cut. Thus, it is already cut "out of round" before it would be necessary Fig. 19 shows that in this way there is no area 74 which is traversed several times by the tools 3. A disengagement and biting of the tools 3 in this area of the cutting path Thus, Fig. 19 also shows that the transition Ü is from the round to the round Cutting path course in the outer edge region of the profile to be cut takes place in an edge region which, in the region in which the cutting paths are closest together, has a width B of less than 50% of the maximum radius R of the profile to be cut, approximately 7 % having.
Das in den Fig. 20 und 21 gezeigte weitere Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, unterscheidet sich von dem in den Fig. 18 und 19 gezeigten Verfahren dadurch, dass der Übergang Ü zwischen dem Kreisschnitt und dem Profilschnitt früher, also radial weiter innen erfolgt. The further exemplary embodiment of the method according to the invention shown in FIGS. 20 and 21 differs from the method shown in FIGS. 18 and 19 in that the transition Ü between the circular section and the profile section takes place earlier, ie radially further inwards.
Bei dem in den Fig. 22 und 23 gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens findet überhaupt kein Kreisschnitt der äußeren Werkzeugarme statt. Die Werkzeuge der äußeren Schneidarme 4 bilden also überhaupt keinen runden Schneidbahnverlauf 5a. In the embodiment of the method according to the invention shown in FIGS. 22 and 23, no circular section of the outer tool arms takes place at all. The tools of the outer cutting arms 4 thus form no round cutting path 5a at all.
In den Fig. 15, 19, 21 und 23 ist der Einfachheit halber der stets„runde" Schneidbahnverlauf der inneren Werkzeugarme 4' weggelassen. Es ist lediglich der Schneidbahnverlauf der äußeren Werkzeugarme 4 dargestellt. Bei dem in Fig. 23 gezeigten Verfahren schneiden die äußeren Werkzeugarme ausschließlich im Profilschnitt. Hierdurch ist ein gleichmäßiger, relativ großer Abstand der Schneidbahnen voneinander gewährleistet. Wie Fig. 24 erkennen lässt, ist allerdings relativ viel Leistung für das Schwenken der Schwenkarme 4 erforderlich. For the sake of simplicity, the always "round" cutting path course of the inner tool arms 4 'is omitted in Figures 15, 19, 21 and 23. The illustration shows only the cutting path profile of the outer tool arms 4. In the method shown in FIG As a result, a uniform, relatively large spacing of the cutting paths from each other is ensured., However, as shown in FIG. 24, relatively much power is required for pivoting the pivot arms 4.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Maschine 1 machine
1 a Arbeitskopfsteuerungssystem oder Teile davon 1 a working head control system or parts thereof
2 Arbeitskopf  2 working head
3 Werkzeuge  3 tools
3a Rollenmeißel 3a roller chisel
4, 4' Werkzeugarme 4, 4 'tool arms
5 Schneidbahn 5 cutting path
5a runder Schneidbahnverlauf (ist gleich Kreisschnitt)  5a round cutting path (is equal to circular section)
5b unrunder Schneidbahnverlauf (ist gleich Profilschnitt) 5b unround course of the course (same as profile cut)
6 Drehantrieb bzw. Drehantriebseinheiten 6 rotary drive or rotary drive units
7 Versteilmotor bzw. Hydraulikmotor mit elektrohydraulischer  7 Versteilmotor or hydraulic motor with electro-hydraulic
Verstellung  adjustment
7a elektrohydraulische Verstellung  7a electro-hydraulic adjustment
8, 8' Verstellpumpen des Drehantriebs 8, 8 ' variable displacement pumps of the rotary drive
9 geschlossener Hydraulikkreislauf  9 closed hydraulic circuit
10, 10' Werkzeugarmantrieb bzw. Hydraulikzylinder  10, 10 'Werkzeugarmantrieb or hydraulic cylinder
1 1 , 1 1 ' Verstellpumpen für die Werkzeugarme 1 1, 1 1 'Variable displacement pumps for the tool arms
12 Pumpenregelung  12 pump control
13 Werkzeugarmsteuerung  13 Tool arm control
14 Servoventile  14 servo valves
15 bis 21  15 to 21
22 Drucksensor (Pumpe) 22 pressure sensor (pump)
23 Schwenkwinkelsensoren  23 swivel angle sensors
24 Pumpenregelkarten  24 pump control cards
25 Zylinderhubsensoren bzw., Wegesensoren  25 cylinder stroke sensors or, distance sensors
26 Winkelsensoren  26 angle sensors
27 Steuerrechner 27 control computer
27a Zylinderkammerdrucksensoren  27a cylinder chamber pressure sensors
28 Maschinen SPS  28 machines SPS
29 bis 35 36 Winkelpositionssensor des Arbeitskopfes 29 to 35 36 angular position sensor of the working head
37 bis 42  37 to 42
43 durch den runden Schneidbahnverlauf gebildeter Kreis 43 formed by the circular cutting path course circle
44 zu schneidendes Profil 44 profile to be cut
45 zentraler Bereich der Ortsbrust 45 central area of the working face
46 äußerer Bereich der Ortsbrust  46 outer area of the working face
47 47
48 Schneidarmposition  48 cutting arm position
49 Buttonleiste  49 Button bar
50 Leistungsbedarf 50 power requirement
51 numerische Darstellung  51 numerical representation
52 LED's  52 LEDs
53 Schnittfortschritt  53 cutting progress
54 Fenster„cutting State"  54 "cutting state" window
55, 56 Fenster 55, 56 windows
57, 58  57, 58
59 Schneid kraft  59 Cutting force
60 Fenster  60 windows
61 , 62 61, 62
63 Drücke an den Pumpen 63 pressures on the pumps
64 Positionsstellventile  64 position control valves
65 Zustand Pumpenregelkarte  65 Pump control card status
66 Drücke am rotierenden Kopf  66 pressures on the rotating head
67 67
68 Parameter 68 parameters
69 hydraulische Leistung  69 hydraulic power
70, 71 70, 71
72 Drehmoment  72 torque
73 Drehzahl  73 speed
74 Bereich α, Y Winkel 74 area α, Y angle
Β Breite  Β width
F Thrust  F thrust
Ρ Penetration  Penetration
S Cutting depth, Schneidtiefe S Cutting depth, cutting depth
Μ ArbeitskopfdrehachseΜ Work head rotation axis
Τ Tunnelachse Τ tunnel axis
R Radius  R radius
Ü Übergang  Ü transition

Claims

Patentansprüche: claims:
1 . Maschine (1 ) zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen, mit einem mittels eines Drehantriebs (6) drehbar antreibbaren und in Vortriebsrichtung bewegbaren Arbeitskopf (2), 1 . Machine (1) for propelling routes, tunnels or the like, having a working head (2) rotatably drivable by means of a rotary drive (6) and movable in the advancing direction,
mit mittels Werkzeugarmantrieben (10, 10') relativ zu einer die Drehachse des Arbeitskopfes (2) bildenden Bezugsachse (M) radial schwenkbaren Werkzeugarmen (4, 4') mit hinterschneidend arbeitenden Werkzeugen (3), mit einem Arbeitskopfsteuerungssystem (1 a), wobei das Arbeitskopfsteue- rungssystem (1 a) Mittel (36) umfasst, zum kontinuierlichen Messen der Winkelposition (a) des rotierenden Arbeitskopfes (2) und Mittel (26) zum kontinuierlichen Messen des Schwenkwinkels (γ) der Werkzeugarme (4, 4') und einen Steuerrechner (27), der mit den genannten Mitteln wirkverbunden ist und die Winkelposition (a) des rotierenden Arbeitskopfes (2) und die Schwenkwinkel (γ) der Werkzeugarme (4, 4') so aufeinander abstimmt, dass für jede Winkelposition (a) des Arbeitskopfes (2) jeder schwenkbare Werkzeugarm (4, 4') radial positioniert ist, gemäß eines vorbestimmten Schneidbahnverlaufs, um die vorbestimmte Schneidbahn (5) zu schneiden. with tool arm drives (10, 10 ' ) relative to a pivot axis of the working head (2) forming the reference axis (M) radially pivotable tool arms (4, 4 ' ) with undercutting tools (3), with a working head control system (1 a), wherein the working head control system (1 a) comprises means (36) for continuously measuring the angular position (a) of the rotating working head (2) and means (26) for continuously measuring the pivoting angle (γ) of the tool arms (4, 4 ' ) and a control computer (27) which is operatively connected to said means and the angular position (a) of the rotating working head (2) and the pivot angle (γ) of the tool arms (4, 4 ' ) so coordinated that for each angular position (a) of the working head (2) each pivotable tool arm (4, 4 ') is radially positioned according to a predetermined cutting path to cut the predetermined cutting path (5).
2. Maschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (6) für den Arbeitskopf (2) hydraulisch ausgebildet ist und mindestens einen Versteilmotor (7) umfasst, der von mindestens einer Verstellpumpe (8, 8') im geschlossenen Hydraulikkreislauf (9) versorgt wird oder der Drehantrieb (6) für den Arbeitskopf (2) elektrisch, mit veränderbarer Drehzahl, also frequenzgeregelt ausgebildet ist. 2. Machine according to claim 1, characterized in that the rotary drive (6) for the working head (2) is hydraulically formed and at least one Versteilmotor (7), of at least one variable displacement pump (8, 8 ' ) in the closed hydraulic circuit (9 ) is supplied or the rotary drive (6) for the working head (2) electrically, with variable speed, that is designed to be frequency-controlled.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehantrieb (6) und/oder der Werkzeugarmantrieb (10, 10') hydraulisch mit Hilfe von mindestens einer Hydraulikpumpe (8, 8', 1 1 , 1 1 ') arbeitet und eine Pumpenregelung (12) vorgesehen ist und eine Werkzeugarmsteuerung (13) vorgesehen ist und die Pumpenregelung (12) innerhalb der Werkzeugarmsteuerung (13) realisiert ist. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass schwenkbare Werkzeugarme (4, 4') vorgesehen sind und die Werkzeugarme mittels Hydraulikzylindern (10, 10') radial schwenkbar sind, die über Servoventile (14) aus einem Drucksystem gespeist werden. 3. Machine according to claim 1 or 2, characterized in that the rotary drive (6) and / or the Werkzeugarmantrieb (10, 10 ') hydraulically by means of at least one hydraulic pump (8, 8 ' , 1 1, 1 1 ' ) works and a pump control (12) is provided and a tool arm control (13) is provided and the pump control (12) is realized within the tool arm control (13). Machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that pivotable tool arms (4, 4 ') are provided and the tool arms by means of hydraulic cylinders (10, 10 ' ) are radially pivotable, which are fed via servo valves (14) from a printing system.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitskopfsteuerungssystem (1 a) die Subsysteme Machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the working head control system (1 a) the subsystems
- Pumpen (8, 8', 1 1 , 1 1 ') für Drehantrieb bzw. Schwenkantrieb mit elekt- rohydraulischer Verstellung, mit Drucksensoren (22) und Verstellungssensoren (bzw. Schwenkwinkelsensoren, bzw. Wegesensoren) (23) und Pumpenregelkarten (24), - Pumps (8, 8 ', 1 1, 1 1') for rotary drive or rotary actuator with electro-hydraulic adjustment, with pressure sensors (22) and displacement sensors (or swivel angle sensors, or travel sensors) (23) and pump control cards (24) .
- Hydraulikmotoren (7) mit elektrohydraulischer Verstellung (7a), Werkzeugarme (4, 4') angetrieben mit Hydraulikzylindern (10, 10') mit Zylinderhubsensoren (25) und Drehwinkelsensoren (26) der Werkzeugarme (4, 4') sowie Zylinderkammerdrucksensoren (27a) - Hydraulic motors (7) with electro-hydraulic adjustment (7a), tool arms (4, 4 ') driven with hydraulic cylinders (10, 10') with Zylinderhubsensoren (25) and rotation angle sensors (26) of the tool arms (4, 4 ') and cylinder chamber pressure sensors (27a )
- Servoventile (14) mit EtherCAT-Busanschluss und IO-Schnittstelle für Druck und Winkelsensoren an den Werkzeugarmen (4, 4') - Servovalves (14) with EtherCAT bus connection and IO interface for pressure and angle sensors on the tool arms (4, 4 ')
- IO-Baugruppe im Schaltschrank, vorzugsweise platziert im Leitstand - IO module in the control cabinet, preferably placed in the control room
- Steuerrechner (27) mit Monitor und Steuersoftware sowie Netzwerkschnittstellen zur Maschinen-SPS (28), sowie zum EtherCAT-Bussystem und Steuersoftware umfasst. 6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Arbeitskopfsteuerungssystem (1 a) ein allseitiger Versatz zwischen Arbeitskopfdrehachse M und der Tunnelachse T kompensierbar ist. - Control computer (27) with monitor and control software and network interfaces to the machine PLC (28), and to the EtherCAT bus system and control software includes. 6. Machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that by the working head control system (1 a) an all-round offset between working head axis of rotation M and the tunnel axis T is compensated.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1 ) ein Richtungskontrollsystem umfasst und mittels des Arbeitskopfsteuerungssystems (1 a) und des Richtungskontrollsystems ein vorgegebener Tunnelverlauf und Tunnelkreuzungen mit wechselnden Tun- nelprofilen und Übergängen auffahrbar sind. 7. Machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the machine (1) comprises a direction control system and by means of the working head control system (1 a) and the directional control system, a predetermined tunnel profile and tunnel junctions with changing tunnel profiles and transitions are drivable.
Verfahren zur Ansteuerung eines Arbeitskopfes (2) einer Maschine (1 ), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zum Vorantreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnitt, mit einem mittels eines Drehantriebs (6) drehbar antreibbaren und in Vortriebsrichtung bewegbaren Arbeitskopf (2) mit mittels Werkzeugarmantrieben (10, 10') relativ zu einer die Drehachse des Arbeitskopfes (2) bildenden Bezugsachse (M) radial schwenkbaren Werkzeugarmen (4, 4') mit hinterschneidend arbeitenden Werkzeugen (3), wobei den betreffenden Werkzeugarmen (4, 4') von einem Arbeitskopfsteuerungssystem (1 a) ein sich über den Drehwinkel (a) des Arbeitskopfes (2) so ändernder radialer Arbeitsvorschub erteilt wird, dass sich eine entsprechende Penetration ergibt, mit der schließlich das gewünschte Endprofil erzeugt wird, Method for controlling a working head (2) of a machine (1), in particular according to one of claims 1 to 7, for advancing distances, tunnels or the like with a cross section deviating from the circular shape, with a rotatably drivable by means of a rotary drive (6) working head (2) which can be moved in the direction of advance by means of tool arm drives (10, 10 ' ) relative to a reference axis (M) forming the axis of rotation of the working head (2), radially pivotable tool arms (4, 4') with undercutting tools (3), wherein the relevant tool arms (4, 4 ') of a working head control system (1 a) is issued over the rotation angle (a) of the working head (2) so changing radial working feed that results in a corresponding penetration, with the final profile is finally generated .
wobei  in which
der radiale Arbeitsvorschub, der dem betreffenden Werkzeugarm (4) über dem Drehwinkel (a) des Arbeitskopfes erteilt wird, so optimiert wird, dass sich ein Schneidbahnverlauf ergibt, derart, dass das vorgegebene Profil bei der maximal zur Verfügung stehenden Leistung der Maschine (1 ) möglichst schnell geschnitten wird und/oder dass sich ein möglichst geringer Verschleiß der Maschine (1 ), insbesondere der Werkzeuge (3), ergibt.  the radial working feed, which is given to the relevant tool arm (4) over the rotation angle (a) of the working head, is optimized such that a cutting path profile results, such that the predetermined profile at the maximum available power of the machine (1) is cut as quickly as possible and / or that the least possible wear of the machine (1), in particular the tools (3) results.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schneidbahnverlauf gewählt wird, in dessen Verlauf sich die Werkzeuge (3) - insbesondere die äußeren Werkzeuge (3) - stets in schneidendem Eingriff mit dem Gestein befinden. A method according to claim 8, characterized in that a cutting path course is selected, in the course of which the tools (3) - in particular the outer tools (3) - are always in cutting engagement with the rock.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schneidbahnverlauf (insbesondere der äußeren Werkzeuge (3)) aus einem - insbesondere inneren -„runden" spiralförmigen Schneidbahnverlauf (5a) und einem - insbesondere äußeren - den Außenkonturen des zu schneidenden Profils angepassten„unrunden" Schneidbahnverlauf (5b) zusammensetzt und der Übergang (Ü) von dem „runden" zu dem „unrunden" Verlauf geschieht, bevor der durch den runden Spiralverlauf (5a) gebildete Kreis (43) das zu schneidende Profil (44) tangiert. A method according to claim 8 or 9, characterized in that the cutting path course (in particular of the outer tools (3)) from a - in particular inner - "round" spiral-shaped cutting path course (5a) and one - in particular outer - the outer contours of the profile to be cut adapted "non-circular" cutting path course (5b) and the transition (Ü) from the "round" to the "non-round" course happens before the circle (43) formed by the circular spiral profile (5a) touches the profile (44) to be cut.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ubergang (Ü) im äußeren Randbereich des zu schneidenden Profils (44) geschieht, insbesondere in einem Randbereich, der in einem Bereich, in dem die Schneidbahnen bzw. Werkzeugbahnen am engsten zusammen liegen, eine Breite (B) von weniger als 50% und bevorzugt etwa 10% des maximalen Radius (R) des zu schneidenden Profils (44) aufweist. 12. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , zur Ansteue- rung eines Arbeitskopfes (2) einer Maschine (1 ), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen mit einem mittels eines Drehantriebs (6) drehbar antreibbaren und in Vortriebsrichtung bewegbaren Arbeitskopf (2), mit mittels Werkzeugarman- trieben (10, 10') relativ zu einer die Drehachse des Arbeitskopfes (2) bildenden Bezugsachse (M) radial schwenkbaren Werkzeugarmen (4, 4') mit Werkzeugen (3), mit einem Arbeitskopfsteuerungssystem (1 a), A method according to claim 10, characterized in that the transition (Ü) in the outer edge region of the profile to be cut (44) takes place, in particular in an edge region, in a region in which the cutting paths or tool paths are closest together, a width (B) of less than 50% and preferably about 10% of the maximum radius (R) of the profile (44) to be cut. 12. A method, in particular according to one of claims 8 to 1 1, for the control of a working head (2) of a machine (1), in particular according to one of claims 1 to 5, for propelling routes, tunnels or the like with a means of a Rotary drive (6) rotatably driven and movable in the drive direction working head (2), by means of Werkzeugarman- drives (10, 10 ' ) relative to a pivot axis of the working head (2) forming the reference axis (M) radially pivotable tool arms (4, 4') with tools (3), with a working head control system (1 a),
wobei das Arbeitskopfsteuerungssystem (1 a) die Maschine (1 ) von während des Vortriebsvorgangs entstehenden Belastungsspitzen entlastet.  wherein the working head control system (1 a) relieves the machine (1) of load peaks arising during the propelling operation.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Werkzeugarmantrieb (10, 10') hydraulisch mit Hilfe von Servoventilen (14) arbeitet und die Belastungsspitzen durch Sensoren, insbesondere Drucksensoren, die den Druck des Hydrauliköls detektieren, erfasst werden und bei Überschreiten eines kritischen Drucks die Servoventile (14) derart betätigt werden, dass der Druck unterhalb eines kritischen Wertes sinkt. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 13, zur Ansteue- rung eines Arbeitskopfes (2) einer Maschine (1 ) zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen, wobei der Arbeitskopf (2) mittels eines Drehantriebs drehbar antreibbar und in Vortriebsrichtung bewegbar ist und mittels Werkzeugarmantrieben (10, 10') relativ zu einer die Drehachse des Arbeitskopfes (2) bildenden Bezugsachse (M) radial schwenkbare Werkzeugarme (4, 4') mit hinterschneidend arbeitenden Werkzeugen (3) aufweist, wobei die Ansteuerung mittels eines Arbeitskopfsteuerungssystems (1 a) geschieht, 13. The method of claim 12, wherein the Werkzeugarmantrieb (10, 10 ' ) hydraulically by means of servo valves (14) and the load peaks detected by sensors, in particular pressure sensors that detect the pressure of the hydraulic oil, and when a critical pressure is exceeded Servo valves (14) are actuated such that the pressure drops below a critical value. Method, in particular according to one of claims 8 to 13, for controlling a working head (2) of a machine (1) for driving distances, tunnels or the like, wherein the working head (2) is rotatably drivable by means of a rotary drive and movable in the advancing direction and by means of Werkzeugarmantrieben (10, 10 ' ) relative to a rotation axis of the working head (2) forming the reference axis (M) radially pivotable tool arms (4, 4') with undercut working tools (3), wherein the control means of a working head control system (1 a) happens
wobei das Arbeitskopfsteuerungssystem (1 a) folgende Verfahrensschritte ausführt: wherein the working head control system (1a) carries out the following method steps:
- Geometriedatendefinition des Solltunnelprofils, - Berechnung der Sollpositionsbahnen für die Werkzeugarme (4, 4') unter- Geometry data definition of the target tunnel profile, - Calculation of the desired position tracks for the tool arms (4, 4 ') under
Berücksichtigung des Solltunnelprofils, Consideration of the nominal tunnel profile,
- Berechnung der Arbeitskopfdrehzahl aus Schnittparametern und Werkzeugarmpositionen, - calculation of the working head speed from cutting parameters and Werkzeugarmpositionen,
Lageregelung und Überwachung der Zylinderpositionen Position control and monitoring of cylinder positions
Kollisionsüberwachung und Kollisionsvermeidung der Werkzeugarme (4, 4') untereinander, Collision monitoring and collision avoidance of the tool arms (4, 4 ') with each other,
- Drehzahl und Positionsregelung des Arbeitskopfes (2), - speed and position control of the working head (2),
- Vergleich und Überwachung der redundanten Werkzeugarmsensoren, - Druckregelung der Pumpen (1 1 , 1 1 ') für die Werkzeugarmversorgung, - Comparison and monitoring of the redundant tool arm sensors, - Pressure control of the pumps (1 1, 1 1 ') for the Werkzeugarmversorgung,
Schwenkwinkelregulierung der Pumpen (8, 8') für den Arbeitskopfdrehan- trieb, - Kommunikation über Modbus-TCP mit der Maschinen-SPS, Swivel angle regulation of the pumps (8, 8 ') for the working head rotary drive, Communication via Modbus TCP with the machine PLC,
- Überwachung aller relevanten Sensoren auf Kabelbruch und Plausibilitat, - monitoring of all relevant sensors for cable breakage and plausibility,
- Überwachung der Betriebsparameter und Reduzierung der Schnittparameter bei Überlastung der Maschine, - monitoring of the operating parameters and reduction of the cutting parameters in case of machine overload,
- Langzeitaufzeichnung relevanter Betriebsdaten, - long-term recording of relevant operating data,
- Meldungswesen. - Notification.
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