DE102019004392B4

DE102019004392B4 - Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial

Info

Publication number: DE102019004392B4
Application number: DE102019004392.8A
Authority: DE
Inventors: Dominic Häuslein; Matthias Popp
Original assignee: Georg Simon Ohm Hochschule fuer Angewandte Wissenschaften Fachhochschule Nurnberg
Current assignee: Georg Simon Ohm Hochschule fuer Angewandte Wissenschaften Fachhochschule Nurnberg
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: DE102019004392A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial mit zumindest einem Werkzeugträger (2) für Trennwerkzeuge (3) gekennzeichnet durch mindestens zwei in einem ersten Werkzeugträger (2) jeweils parallel zueinander linear verfahrbar (6) und jeweils mit ihrer (ersten) Trennebene (4) kippbar (9) angeordnete erste Trennwerkzeuge (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial sowie ein Verfahren zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial.
Ein Freitrennen von Bodenmaterial wird insbesondere dort benötigt, wo im Boden, d.h. an und/oder unter der Erdoberfläche (auch kurz im Untergrund), Erdarbeiten durchzuführen sind, beispielsweise bei einem Freitrennen von einem Bodenmassekolben eines geotechnischen (Untergrund-)Energiespeichers.
Ein geotechnischer Energiespeicher, beispielsweise in Form eines geotechnischen Untergrundspeichers, wie eines Stülpmembranspeichers, ist ein Konzept, welches analog zu einem Pumpspeicherkraftwerk arbeitet. Überschüssige elektrische Energie wird in potentielle Energie umgewandelt, indem Masse (d.h., in diesem Fall der Bodenmassekolben) auf ein höheres Niveau angehoben und dort gehalten wird.
Sobald elektrische Energie bereitgestellt werden soll, wird die Masse (d.h., in diesem Fall der Bodenmassekolben) abgesenkt, um dadurch hydrostatische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
Der Stülpmembranspeicher ist so ein geotechnischer Untergrundspeicher mit großer Kapazität und hohem Ladungs- sowie Entladungswirkungsgrad.
Zur Aufladung eines solchen Stülpmembranspeichers wird eine große aus dem Untergrund geschnittene Masse, in Form eines Kolbens, d.h. der Bodenmassekolben, in einem ihn aufnehmenden Zylinder hydraulisch angehoben und bei Entladung im Falle von Versorgungsengpässen wieder abgesenkt. Dies geschieht mittels klassischer Pumpspeichertechnik.
Im Entladungszustand wird der bewegte Kolben von - zwischen dem Kolben und dem Zylinder angeordneten - Stützen gehalten. Die sog. Stülpmembran bei - in diesem Fall - dem Stülpmembranspeicher sorgt für eine wasserdichte, jedoch bewegliche Grenze zwischen einer oberen Druckzone und einer unteren Druckzone.
Betonoberflächen des Zylinders und des Kolbens dienen in erster Linie nicht als Verfestigung, sondern als „glatte“ Oberfläche, somit soll der Abrieb der Stülpmembran vermindert und ihre Lebensdauer erhöht werden.
Bei der Herstellung eines solchen geotechnischen Untergrundspeichers bzw. dessen Bodenmassekolben ist es so notwendig, den Bodenmassekolben im Untergrund freizulegen bzw. diesen aus dem Untergrund herauszutrennen.
Dabei sind - im Allgemeinen, um Bodenmasse überhaupt aus dem Untergrund zu trennen, - mindestens drei Trennvorgänge/Schnitte nötig: ein vertikaler Trennvorgang/Schnitt, ein horizontaler Trennvorgang/Schnitt und ein Hinterschnitt.
Der (Trenn-)Vorgang bei der Herstellung des geotechnischen Untergrundspeichers bzw. dessen Bodenmassekolben - bis zur vollständigen Freilegung des Bodenmassekolbens - lässt sich in zwei Phasen unterteilen:

In der ersten Phase wird der zylindrische Teil des Bodenmassekolbens, beispielsweise spiralförmig getrennt/ausgeschnitten - und gegebenenfalls Seitenwände des Bodenmassekolbens und/oder des Zylinders betoniert, wobei, beispielsweise spiralförmig, ein Ringspalt zwischen dem Bodenmassekolben und dem Zylinder freizulegen ist.

Sobald dieser Vorgang abgeschlossen ist, ist - in der zweiten Phase - der Boden des Bodenmassekolbens freizulegen, wobei dies beispielsweise durch sukzessiv aufeinanderfolgende Schnitte „unter dem Bodenmassekolben hindurch“ erfolgen kann, wobei nach jedem Schnitt Stützkörper in dem freigeschnittenen Spalt zwischen dem Bodenmassekolbenboden und dem Zylinderboden befestigt werden können, bis der vom Untergrund getrennte Bodenmassekolben nur noch auf Stützkörpern aufliegt (und so dann vollständig freigeschnitten ist).
Diese zweite Phase ist deutlich komplexer als die erste, herrscht nämlich bei der zweiten Phase eine Umgebung wie beim Tunnelbau vor, wodurch - im Gegensatz zur ersten Phase - hierbei zusätzliche Einschränkungen der Platzierung von (Trenn-)Werkzeugen und deren Bewegungsabläufen vorliegen sowie auch geotechnische Herausforderungen zu berücksichtigen sind.
Analog zu einer Wassersäule steigt ein statischer Druck in Abhängigkeit der Tiefe. Dieser Druck hat einen horizontal wirkenden Seitendruck zur Folge, welcher Untergrundverformungen und Instabilitäten im Bauwerk begünstigt.
Zusätzlich besteht das Risiko von Wassereinbrüchen, da das Wasser unter hohem Druck steht, und somit ein hohes Gefahrenpotential für Mensch und Maschine besteht.
Um diese Gefahren - bei Bau eines geotechnischen Untergrundspeichers bzw. des Stülpmembranspeichers - sicher zu handhaben, ist es zweckmäßig, wenn während der Freilegung des Ringspaltes der Untergrund mit Injektionstechniken stabilisiert wird. Beispielsweise kann dazu Feinbeton oder Flüssigglas in Poren des Untergrundes injiziert werden, um Instabilitäten in der Bodenstruktur auszugleichen und der anliegenden Druckspannung im Untergrund entgegenzuwirken.
Der Injektionsprozess ist dem Trennprozess vorgelagert.
So kann beispielsweise - mittels eines (Trenn-)Werkzeugs - bereits verfestigte Bodenmasse vom Untergrund getrennt werden, während - mittels eines weiteren „vorarbeitenden“ (Injektions-)Werkzeugs - bereits die „darunterliegende Bodenmasse“ verfestigt wird, welche wiederum beim nächsten Durchlauf der spiralförmigen Bahn bearbeitet/getrennt wird.
Durch den Injektionsprozess wird das zu lösende/trennende Bodenmaterial verfestigt. Dies führt dazu, dass die nötige Verformungsenergie ansteigt und somit der Aufwand des Trennprozesses erhöht wird.
Um diesem (Aufwand) gerecht zu werden, erscheint es auch als wünschenswert, dass die verfestigte Bodenmasse mit geeigneten Trennmechanismen in vordefinierten Geometrien getrennt wird, lassen sich so diese - weil mit definierter Geometrie vorliegend - als Wertstoff abtragen und weiterverwenden.
Erfordert die Durchführung der ersten und der zweite Phase - aufgrund der jeweiligen unterschiedlichen Arbeitsabläufe und Umgebungsbedingungen beim Freilegen des Bodenmassekolbens in der jeweiligen Phase - an sich unterschiedliche (Bearbeitungs-)Konzepte, denen nur an sich unterschiedliche Werkzeuge gerecht werden können, so wäre es trotzdem wünschenswert, hierzu ein - geeignetes - „einziges“ Werkzeug einsetzen zu können.
Dessen ungeachtet muss bei beiden Phasen - neben der gegebenenfalls durchzuführenden „vorbereitenden Bodenbefestigung“ - ein „nachgelagertes“ Abtransportieren von gelöstem/getrenntem Bodenmaterial durchgeführt werden (, wobei dieses „schonend“ durchzuführen wäre, um die definierte, wertsteigernde/- erhaltende Geometrie des „Abraummaterials“ nicht zu beeinträchtigen).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial zur Verfügung zu stellen, welche bzw. welches es ermöglicht, effizient und effektiv (Erd-/Boden- )Material im Untergrund freizulegen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial sowie ein Verfahren zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Die Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf die Vorrichtung als auch auf das Verfahren.
Bei der Vorrichtung zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial ist zumindest ein Werkzeugträger für Trennwerkzeuge vorgesehen.
In diesem zumindest einen Werkzeugträger bzw. in einem solchen ersten Werkzeugträger sind mindestens zwei erste Trennwerkzeuge angeordnet.
Diese mindestens zwei ersten Trennwerkzeuge sind jeweils parallel zueinander linear verfahrbar und jeweils mit ihrer (ersten) Trennebene kippbar in diesem zumindest einen Werkzeugträger bzw. ersten Werkzeugträger angeordnet.
Dabei können unter Trennen, einem Begriff aus der Fertigungstechnik, Fertigungsverfahren bezeichnet werden, bei denen von einem Objekt oder Werkstück, beispielsweise auch (Erd-/Boden- )Material im Untergrund, insbesondere formhaltigem Bodenmaterial, etwas abgetrennt wird. Trennwerkzeuge können so Werkzeuge zur Durchführung eines solchen Trennens sein. Eine Ebene (oder gegebenenfalls flächige Bahn o.Ä.), in welcher das (Trenn-)Werkzeug das Trennen durchführt, kann als Trennebene bezeichnet werden.
Unter Trennen fiele so beispielsweise ein Zerteilen, insbesondere ein Schneiden. Trennwerkzeuge wären beispielsweise eine Säge, wie eine Kettensäge oder eine Schrämsäge oder eine Kreissäge, eine Schrämwalze, ein Wasserstrahl- oder Laserschneider, ein Messer, ein Schwingschneider oder ein Ultraschall- oder oszillierendes Trennwerkzeug.
Gerade auch der Einsatz von mindestens zwei parallel arbeitenden (, d.h. Trennvorgänge/Trennebenen setzenden,) ersten Trennwerkzeugen ermöglicht es, effizient und effektiv Objekte heraustrennen, insbesondere (Erd-/Boden-)Material im Untergrund - gerade unter schwierigen (Einsatz-)Bedingungen bzw. in schwierigen (Einsatz-)Umgebungen - freizulegen.
Weisen auch die (mindestens zwei) ersten Trennwerkzeuge zwei Freiheitsgrade auf, nämlich die Verfahrbarkeit und die Kippbarkeit, so ermöglichen diese bei den ersten Werkzeugen ein (geometrisch/räumlich) flexibles, wie auch effektives und effizientes Setzen von Trennvorgängen/Trennebenen (und so in Folge effektive/effiziente Trenn- bzw. Schnittmuster (der Anschaulichkeit halber im Folgenden vereinfacht nur Schnittmuster)), insbesondere in schwierigen (Einsatz-)Umgebungen.
Gerade auch die Kippbarkeit der bzw. bei den ersten Trennwerkzeugen ermöglicht es, variabel geneigte Trennebenen zu setzen, wodurch sich Hinterschnitte erzeugen lassen.
Insbesondere auch ein Positionieren von den ersten Trennwerkzeugen, um solche Trennvorgänge/Trennebenen setzen zu können, insbesondere in schwierigen (Einsatz-)Umgebungen, kann dadurch erleichtert, gegebenenfalls überhaupt erst möglich, werden.
Lassen sich so dann, insbesondere durch das Setzen geometrisch/räumlich effektiver/effizienter Trennebenen geometrisch definierte Trennobjekte erzeugen („heraustrennen“), d.h. effektive/effiziente Schnittmuster, beispielsweise quader-/trapez-/keilförmige Objekte, so kann hierdurch werthaltiges „Abfallmaterial“, wie formhaltiges Bodenmaterial, erzeugt werden, können nämlich solche herausgetrennten Objekte - mit definierter Struktur/Geometrie - werterzeugend/-erhaltend weiterverwendet werden.
Die Vorrichtung lässt sich sodann insbesondere vorteilhaft dazu einzusetzen bzw. verwenden, um insbesondere formhaltiges Bodenmaterial aus einem, insbesondere vorverfestigtem, Untergrund herauszutrennen.
Insbesondere kann die Vorrichtung zum Freitrennen eines Bodenmassekolbens eines geotechnischen Energiespeichers verwendet werden, sind hier schwierige Einsatz-/Umgebungsbedingungen vorhanden, welche komplexe Bearbeitungsabläufe erfordern, denen gerade die Vorrichtung genügen kann.
Zweckmäßig, weil konstruktiv einfach und kostengünstig realisierbar, ist es, wenn die ersten Trennwerkzeuge gleichartig sind, beispielsweise (alles) Kettensägen oder (alles) Schrämsägen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die ersten Trennwerkzeuge in dem ersten Werkzeugträger auch jeweils in ihrer (ersten) Trennebene drehbar angeordnet sind, ermöglicht dieser weitere Freiheitsgrad bei den ersten Werkzeugen ein (geometrisch/räumlich) weiter flexibleres Setzen von Trennvorgängen/Trennebenen (und so in Folge Schnittmuster), insbesondere in schwierigen (Einsatz-)Umgebungen.
Insbesondere auch ein Positionieren von den ersten Trennwerkzeugen, um solche Trennvorgänge/Trennebenen setzen zu können, insbesondere in schwierigen (Einsatz-)Umgebungen, kann dadurch erleichtert, gegebenenfalls überhaupt erst möglich, werden.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn die ersten Trennwerkzeuge, insbesondere mittels Linearschienen, derart in dem ersten Werkzeugträger angeordnet und linear verfahrbar sind, dass deren lineare Fahrwege parallel und insbesondere in einer Ebene verlaufen, lassen sich so nämlich effiziente und effektive Bearbeitungsabläufe gestalten und einfach weiter zu handhabende Schnittmuster erzeugen.
Weiter auch zweckmäßig ist es, wenn der erste Werkzeugträger klappbar ist, kann so auch die (geometrische/räumliche) Flexibilität beim Setzen von Trennvorgängen/Trennebenen weiter erhöht werden. Dabei kann der erste Werkzeugträger in einer übergeordneten Struktur/Baueinheit angeordnet sein, derart, dass diese Anordnung diesen Freiheitsgrad, nämlich diese Klappbarkeit ermöglicht, beispielsweise mittels Scharnieren.
Weiter auch kann vorgesehen sein, dass die ersten Trennwerkzeuge jeweils separat und/oder paarweise unter Verwendung eines Motors angetrieben werden. Werden die ersten Trennwerkzeuge separat angetrieben, erhöht dies die Flexibilität bei der Vorrichtung; die Bündelung - ob paarweise oder in noch größeren „Paketen“ - bei den Antrieben reduziert die Bauteile/Bauteilvielfalt.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn eine gemeinsame Kippmechanik vorgesehen ist, unter Verwendung derer die ersten Trennwerkzeuge synchron und insbesondere um einen gemeinsamen Kippwinkel kippbar sind, ermöglicht dies eine effektive und effiziente Handhabung /Bedienung der (ersten) Werkzeuge.
Zweckmäßig und besonders vorteilhaft ist es auch, wenn weiter auch mindestens zwei in einem zweiten Werkzeugträger jeweils in ihrer (zweiten) Trennebene drehbar und bezüglich ihrer jeweiligen (zweiten) Trennebenen parallel zueinander angeordnete zweite Trennwerkzeuge vorgesehen werden.
Es ist so - mit den ersten und den zweiten Trennwerkzeugen - nämlich möglich, (räumlich und/oder zeitlich) unabhängig erste (durch die ersten Trennwerkzeuge) und zweite (durch die zweiten Trennwerkzeuge) Trennvorgänge/Trennebenen, beispielsweise horizontale oder gegen die Horizontale geneigte Trennebenen durch die ersten Trennwerkzeuge einerseits - und vertikale Trennebenen durch die zweiten Trennwerkzeuge andererseits, setzen zu können.
Lassen sich so, insbesondere durch das Setzen geometrisch/räumlich günstiger Trennebenen, wie beispielsweise horizontale/geneigte Trennebenen einerseits und vertikale Trennebenen andererseits, geometrisch definierte Trennobjekte erzeugen („heraustrennen“), beispielsweise quader-/trapez- /keilförmige Objekte, so kann hierdurch werthaltiges, weil weiterverwendbares, „Abfallmaterial“ erzeugt werden.
Auch kann es weiter zweckmäßig sein, wenn die zweiten Trennwerkzeuge auf einer gemeinsamen Achse in dem zweiten Werkzeugträger angeordnet sind, können sich so konstruktive Vorteile und eine Vereinfachung beim Setzen der Trennvorgänge/Trennebenen ergeben.
Weiterhin mag es - konstruktiv - vorteilhaft und zweckmäßig sein, auch den zweiten Werkzeugträger, beispielsweise auch kippbar (oder einen anderen Freiheitsgrad aufweisend), in einer bzw. der übergeordneten Struktur/Baueinheit anzuordnen; auch können erster und zweiter Werkzeugträger Teile eines gemeinsamen Werkzeugträgers sein.
Weiter auch kann vorgesehen sein, dass die ersten und die zweiten Trennwerkzeuge derart zueinander angeordnet sind, dass der lineare Fahrweg der ersten Trennwerkzeuge normal zu den (zweiten) Trennebenen der zweiten Trennwerkzeuge ist, lassen sich so - im Zusammenwirken von ersten und zweiten Trennwerkzeugen - nämlich effiziente und effektive Bearbeitungsabläufe gestalten und/oder einfach zu handhabende Schnittmuster, mit insbesondere normalen Trennebenen, erzeugen, beispielsweise horizontale oder gegen die Horizontale geneigte Trennebenen durch die ersten Trennwerkzeuge einerseits - und vertikale Trennebenen durch die zweiten Trennwerkzeuge andererseits.
Weiterbildend können dann auch mindestens zwei, insbesondere genau zwei, in einem dritten Werkzeugträger bezüglich ihrer jeweiligen (dritten) Trennebenen parallel zueinander angeordnete dritte Trennwerkzeuge vorgesehen sein.
Es ist so - mit den ersten und den dritten, insbesondere den ersten, zweiten und den dritten, Trennwerkzeugen - nämlich möglich, (räumlich und/oder zeitlich) unabhängig erste (durch die ersten Trennwerkzeuge) und dritte (durch die dritten Trennwerkzeuge) bzw. erste (durch die ersten Trennwerkzeuge), zweite (durch die zweiten Trennwerkzeuge) und dritte (durch die dritten Trennwerkzeuge) Trennvorgänge/Trennebenen setzen zu können.
Weiter kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eines der mindestens zwei dritten Trennwerkzeuge derart in seiner Position veränderbar in dem dritten Werkzeugträger gelagert ist, dass ein Abstand zwischen den mindestens zwei parallel zueinander angeordneten dritten Trennwerkzeugen veränderbar ist, kann nämlich auch dies die Handhabung und/oder Setzen von Trennvorgängen/Trennebenen - insbesondere in schwierigen (Einsatz-)Umgebungen - erleichtern.
Weiterbildend kann auch vorgesehen sein, dass - insbesondere und beispielsweise zur Realisierung dieser Abstandsveränderung zwischen den mindestens zwei parallel zueinander angeordneten dritten Trennwerkzeugen - zumindest eines der mindestens zwei dritten Trennwerkzeuge unter Verwendung einer Aufhängung schwenkbar in dem dritten Werkzeugträger gelagert ist, insbesondere jedes der genau zwei dritten Trennwerkzeuge unter Verwendung einer Aufhängung schwenkbar in dem dritten Werkzeugträger gelagert ist.
Darüber hinaus ermöglicht auch dieses Schwenken bei zumindest einem der mindestens zwei dritten Trennwerkzeuge eine räumlich/geometrisch andere Trennebene bei diesem/durch dieses Trennwerkzeug.
Weiterhin mag es - konstruktiv - vorteilhaft und zweckmäßig sein, auch den dritten Werkzeugträger, beispielsweise auch kippbar (oder einen anderen Freiheitsgrad aufweisend), in einer bzw. der übergeordneten Struktur/Baueinheit anzuordnen; auch können erster und dritter bzw. zweiter und dritter bzw. erster, zweiter und dritter Werkzeugträger Teile eines gemeinsamen Werkzeugträgers sein.
Darüber hinaus mag es zweckmäßig sein, wenn die ersten und die dritten Trennwerkzeuge derart zueinander angeordnet sind, dass der lineare Fahrweg der ersten Trennwerkzeuge parallel zu den (dritten) Trennebenen der dritten Trennwerkzeuge ist und/oder die zweiten und die dritten Trennwerkzeuge derart angeordnet sind, dass die (zweiten) Trennebenen der zweiten Trennwerkzeuge normal zu den (dritten) Trennebenen der dritten Trennwerkzeuge sind, lassen sich so - im Zusammenwirken von ersten, zweiten und/oder dritten Trennwerkzeugen - nämlich effiziente und effektive Bearbeitungsabläufe gestalten, beispielsweise vorbereitende Trennvorgänge durch die dritten Trennwerkzeuge, welche dann Trennvorgänge durch die ersten und/oder zweiten Trennwerkzeuge erleichtern oder überhaupt erst ermöglichen.
Ferner kann weiter auch vorgesehen sein, dass das erste und/oder das zweite und/oder das dritte Trennwerkzeug eine Säge, insbesondere eine Kettensäge oder eine Schrämsäge oder eine Kreissäge, oder ein Messer oder Schrämwalze oder ein Wasserstrahlschneider oder ein Laserschneider oder ein Schwingschneider oder ein Ultraschalltrennwerkzeug oder ein oszillierendes Trennwerkzeug ist, insbesondere das erste Trennwerkzeug eine Kettensäge, das zweite Trennwerkzeug eine Schrämsäge und das dritte Trennwerkzeug eine Schrämwalze ist.
Weiterhin zweckmäßig ist es, um effektive/effiziente Bearbeitungsabläufe realisieren zu können, wenn weiter auch eine Greifvorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher zumindest teilweise freigeschnittenes, insbesondere formhaltiges, Bodenmaterial greifbar ist.
Weiterhin mag es - konstruktiv - vorteilhaft und zweckmäßig sein, die Greifvorrichtung schwenkbar (oder einen anderen Freiheitsgrad aufweisend), beispielsweise in einer bzw. der übergeordneten Struktur/Baueinheit, anzuordnen.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Greifvorrichtung eine Mehrzahl von Greifelemente aufweist, welche paarweise jeweils ein zumindest teilweise freigeschnittenes, insbesondere formhaltiges, Bodenmaterial greifen, können so Bearbeitungsabläufe effizient/effektiv gestaltet/durchgeführt werden.
Um ein Kippen oder Verkanten des gegriffenen formhaltigen Bodenmaterials zu vermeiden, können auch drei oder mehrere Greifelemente zur Fixierung der freigeschnittenen Körper eingesetzt werden.
Weiterhin kann es auch zweckmäßig sein, um so auch Bearbeitungsabläufe effizient/effektiv gestalten/durchführen zu können, eine Fördervorrichtung vorzusehen, mittels welcher freigeschnittenes, insbesondere formhaltiges, Bodenmaterial förderbar ist.
Insbesondere erscheint es hier auch zweckmäßig zu sein, wenn die Fördervorrichtung normal zu ihrer Förderrichtung positionierbar ist, können hierdurch beispielsweise unterschiedliche Förderhöhen realisiert werden und/oder auch das Zusammenwirken von anderen Baueinheiten, wie beispielsweise der Greifvorrichtung, mit der Fördervorrichtung (räumlich) aufeinander abgestimmt werden.
Weiterbildend kann auch ein Schienensystem vorgesehen sein, auf welchem der erste Werkzeugträger und/oder der zweite Werkzeugträger und/oder der dritte Werkzeugträger (beispielsweise gemeinsam oder getrennt) verfahrbar angeordnet ist/sind.
So kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass die Werkzeugträger und/oder die Greifvorrichtung und/oder die Fördervorrichtung unabhängig voneinander betreibbar und/oder verfahrbar sind, lassen sich so nämlich individuelle und gerade an schwierige (Umgebungs-)Bedingungen anpassbare Arbeitsabläufe realisieren.
Bei dem Verfahren zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial ist vorgesehen, dass in einem Untergrund zwei erste Trennvorgänge mit zueinander nicht parallelen ersten Trennebenen durchgeführt werden (im Folgenden auch kurz nur „Diagonalschnitte“) und vor oder nach den ersten Trennvorgängen, insbesondere nach den ersten Trennvorgängen, zumindest ein zweiter Trennvorgang, dessen zweite Trennebene normal zu den ersten Schnittebenen ist (im Folgenden auch kurz nur „Vertikalschnitt“), durchgeführt wird.
Kurz und einfach ausgedrückt, es werden bei dem Verfahren zwei Diagonalschnitte durchgeführt (, mittels welcher ein Hinterschnitt erzeugt werden kann bzw. durchgeführt wird), sowie mindestens ein Vertikalschnitt.
Insbesondere die Vorrichtung eignet sich im Besonderen für das Verfahren, lassen sich durch die Vorrichtung in effektiver/effizienter Weise die Diagonal- und der mindestens ein Vertikalschnitt setzen.
Lassen sich so dann, insbesondere durch das Setzen der Diagonalschnitte und des mindestens einen Vertikalschnitts geometrisch/räumlich effektive/effiziente Trennebenen setzen und so dann geometrisch definierte Trennobjekte erzeugen („heraustrennen“), d.h. effektive/effiziente Schnittmuster, beispielsweise quader-/trapez-/keilförmige Objekte, so kann hierdurch werthaltiges „Abfallmaterial“, wie formhaltiges Bodenmaterial, erzeugt werden, können nämlich solche herausgetrennte Objekte - mit definierter Struktur/Geometrie - werterzeugend/-erhaltend weiterverwendet werden.
Das Verfahren, insbesondere auch durchgeführt durch die Vorrichtung, lässt sich so dann insbesondere vorteilhaft dazu einsetzen bzw. verwenden, um insbesondere formhaltiges Bodenmaterial aus einem, insbesondere vorverfestigtem, Untergrund herauszutrennen.
Insbesondere kann das Verfahren, insbesondere auch durchgeführt durch die Vorrichtung, zum Freitrennen eines Bodenmassekolbens eines geotechnischen Energiespeichers verwendet werden, sind hier schwierige Einsatz-/Umgebungsbedingungen vorhanden, welche komplexe Bearbeitungsabläufe erfordern, denen gerade das Verfahren genügen kann.
Weiterhin kann es auch zweckmäßig sein, dass zwei oder mehrere zweite Trennvorgänge durchgeführt werden, deren jeweilige zweite Trennebenen normal zu den ersten Trennebenen sind. Kurz, es werden hier zwei (oder mehrere) Vertikalschnitte durchgeführt. Ein weiterer zweiter Vertikalschnitt kann beispielsweise unter Umständen nötig sin, um ein freizutrennendes Objekt vollständig freizutrennen bzw. freitrennen zu können.
Weiterbildend kann auch vorgesehen sein, dass die ersten Trennvorgänge hintereinander und/oder die zweiten Trennvorgänge gleichzeitig oder auch hintereinander durchgeführt werden, können hierdurch im Besonderen komplexe Bearbeitungsabläufe realisiert werden.
Weiterhin erscheint es zweckmäßig, wenn zwischen den ersten Trennvorgängen und dem zweiten Trennvorgang bzw. den zweiten Trennvorgängen das freizutrennende, insbesondere formhaltige, Bodenmaterial gegriffen wird. So kann insbesondere vermieden werden, dass sich (vollständig) freigetrennte Objekte bzw. (Boden-)Material unkontrolliert verschieben.
Auch ist es zweckmäßig, dass nach den Trennvorgängen das freigetrennte, insbesondere formhaltige, Bodenmaterial in eine Förderposition verlagert und/oder gefördert wird.
Insbesondere ist es auch vorteilhaft, wenn die ersten Trennvorgänge mittels eines ersten Trennwerkzeugs, insbesondere der ersten Trennwerkzeuge, und der bzw. die zweiten Trennvorgänge mittels eines zweiten Trennwerkzeugs, insbesondere des bzw. der ersten Trennwerkzeuge, durchgeführt werden, wobei insbesondere das erste Trennwerkzeug und das zweite Trennwerkzeug in ihrer Art voneinander unterschiedlich sind, beispielsweise Kettensäge als erste Trennwerkzeuge und Schrämsägen als zweite Trennwerkzeuge.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die ersten Trennebenen der ersten Trennvorgänge einen Winkel von höchstens 90°, insbesondere höchstens 90° und mindestens 45°, im weiteren Besonderen von 90°, einschließen, lassen sich insbesondere so „schwierige“ Hinterschnitte (in/bei schwierigen (Umgebungsbedingungen/Einsatzumgebungen) realisieren.
Weiterhin erscheint es zweckmäßig, wenn die ersten und der mindestens eine zweite Trennvorgang bzw. die ersten und die zweiten Trennvorgänge einen Zyklus bilden, der mehrfach, insbesondere vielfach, hintereinander durchgeführt wird, wobei mit jedem Zyklus, insbesondere formhaltiges, Bodenmaterial freigeschnitten wird, lassen sich so effiziente/effektive Bearbeitungsabläufe realisieren.
Weiterbildend kann es vorteilhaft sein, insbesondere beim Heraustrennen von nicht bindigem Material, wenn vor Durchführung der Trennvorgänge das freizutrennende Bodenmaterial verfestigt wird, beispielsweise durch Injektion von Bindemittel.
Kurz und einfach ausgedrückt, vor dem Heraustrennen wird bei dem herauszutrennenden Material, insbesondere bei herauszutrennendem Bodenmaterial, durch Verfestigung desselben dessen Formhaltigkeit hergestellt.
Gerade dadurch kann, weist das freizutrennende Material - im ursprünglichen Zustand eine ungenügende Bindigkeit auf - eine ausreichende Formbeständigkeit bei dem herauszutrennenden Material, wie beispielswiese Bodenmaterial, hergestellt werden, welche das Heraustrennen erleichtert und/oder -, weil formhaltiges (Boden-)Material herausgetrennt wird, - zu werthaltigem „Abfallmaterial“ führt.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit den erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kombinierbar.
Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der Erfindung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das jeweilige Zahlwort eingeschränkt sein. Ferner sind die Wörter „ein“ bzw. „eine“ nicht als Zahlwörter, sondern als unbestimmte Artikel zu verstehen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Zusammenhang mit der bzw. den Zeichnungen/Figuren näher erläutert wird/werden (gleiche Bauteile/Komponenten und Funktionen weisen in den Zeichnungen/Figuren gleiche Bezugszeichen auf). Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf darin angegebene Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
Es zeigen:

1 ein Werkzeug zur Durchführung von Diagonalschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 ein Werkzeug zur Durchführung von Vertikalschnitten gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 ein Werkzeug zur Durchführung von Schnitten zur Freilegung von Bearbeitungsfreiraum gemäß einem Ausführungsbeispiel,
4 eine Greifvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
5 eine Fördervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
6 eine Vorrichtung mit mehreren Werkzeugen zum Trennen gemäß einem Ausführungsbeispiel,
7 eine graphische Darstellung eines Ablaufes beim Trennen eines Bodenmassekolbens eines geotechnischen Untergrundspeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel,
FIGen 8 bis 26 eine Vorrichtung mit mehreren Werkzeugen zum Trennen in verschiedenen Arbeitspositionen während des Ablaufes nach 7 gemäß einem Ausführungsbeispiel,
27 eine Vorrichtung mit mehreren Werkzeugen zum Trennen in einem Gerüst gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Ausheben eines Ringspaltes sowie Freilegung eines Bodenmassenkolbens eines geotechnischen Untergrundspeichers mittels einer Vorrichtung mit mehreren Trennwerkzeugen (FIG 1 bis 27)
In den FIGen 1 bis 5 sind jeweils Komponenten/Bauteilgruppen mit Werkzeugen einer Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24 dargestellt; 6 zeigt die Komponenten/Bauteilgruppen mit Werkzeugen nach den FIGen 1 bis 5 in einer Übersichtsdarstellung, welche Übersichtsdarstellung so die Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24 verdeutlicht; 7 zeigt eine graphische Darstellung eines Ablaufes beim Trennen von Bodenmaterial, hier im Speziellen von Bodenmaterial bei einem Bodenmassekolbens eines geotechnischen Untergrundspeichers mittels der Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial (nach 6); FIGen 8 bis 26 zeigen die Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial mit mehreren Werkzeugen zum Trennen in verschiedenen Arbeitspositionen während des Ablaufes nach 8; 27 zeigt eine (modifizierte) Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial in einem Gerüst 32 mit einem Schienensystem 30, in welchem sich die Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial bewegen kann (31).
Werkzeug „Diagonalschnitte“ (FIG 1)
1 zeigt ein Werkzeug zum Setzen von Diagonalschnitten 50 aus der Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24.
Dieses Werkzeug besteht aus mehreren Kettensägen 3, welche in einem ersten Werkzeugträger 2 - parallel zueinander (verfahrbar 6) - angeordnet sind.
Dieser Werkzeugträger ist schwenk- bzw. klappbar 11 an einem Maschinengestell (nicht gezeigt) der Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24 befestigt.
Jede Kettensäge 3 wird separat über einen Motor 7 angetrieben und kann für einen minimalen Platzverbrauch ein- und ausgeklappt, d.h. (deren Kettenschwert 33) in der jeweiligen Trennebene 4 bzw. (deren Kettenschwert 33) um eine Normale zur jeweiligen Trenn-/Schnittebene 4 gedreht 10 werden (vgl. 1, rechter Teil).
Die Kettensägen 3 sind auf parallel in einer Ebene angeordnete Linearführungen/-schienen 5 gelagert, wodurch sie so linear in der Ebene verfahrbar sind 6 (vgl. 1, linker Teil), welche Kettensägen gemeinsam bzw. synchron durch eine Kippmechanik 8 - hier auf die Position von +45 ° oder -45 ° - gekippt 9 werden können.
Diese Kippmechanik 8 ist mittels linearen Aktoren (nicht gezeigt) realisiert.
Ein Vorschub für den Schnitt 50 soll für alle Kettensägen 3 gemeinsam geschehen.
Sind, wie gezeigt, hier die Kettensägen 3 einzeln, so können kürzere Kettenschwerter 33 eingebaut werden, um so - beispielsweise - einen Werkstückquerschnitt mit 200 mm x 200 mm zu gewährleisten.
Um gegebenenfalls Kollisionen „äußerer“ Kettensägen, d.h. die Kettensägen 3 am oberen und unteren Ende im Werkzeugträger 2, mit Begrenzungen, wie einen Rand eines Ringspaltes, zu vermeiden, kann - alternativ - eine Kombination aus einzel- aufgehängten Kettensägen 3 in der Mitte des Werkzeugträgers 3 und mit doppelt- aufgehängten Kettensägen 3 am Rand des Werkstückträgers 3 vorgesehen werden.
Werkzeug „Vertikalschnitte“ (FIG 2)
2 zeigt ein Werkzeug zum Setzen von Vertikalschnitten 51 aus der Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24.
Dieses Werkzeug besteht aus mehreren, in diesem Fall fünf, Schrämsägen 13, welche in einem zweiten Werkzeugträger 12 - jeweils in ihrer (zweiten) Trennebene 14 drehbar 15 und bezüglich ihrer jeweiligen zweiten Trennebenen 14 parallel zueinander angeordnet sind.
Die fünf Sägeschrämen 13 sind dabei/dazu mit einer gemeinsamen bzw. über eine gemeinsame Achse 16 verbunden, welche durch einen Schwenkmotor (blau eingefärbt) - um 90 ° - gedreht werden kann 15.
Jede Schrämkette 13 wird über einen separaten Antriebsmotor 35 angetrieben.
Werkzeug „Platzfreilegungsschnitte“ (FIG 3)
3 zeigt ein Werkzeug zum Setzen von „Platzfreilegungsschnitten“ 52 aus der Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24.
Dieses Werkzeug besteht aus zwei - jeweils mehrgliedrige - Schrämwalzen 18, welche in einem dritten Werkzeugträger 17 (nicht sichtbar) bezüglich ihrer jeweiligen (dritten) Trennebenen 19 parallel zueinander angeordnet sind.
Die Schrämwalzen 18 werden an einer Aufhängung 20 über eine Achse 36 platziert, welche einen einstellbaren (Schwenk- )Winkel 22 ermöglicht (vgl. 3, Pfeile 22), wodurch so ein Abstand 21 zwischen den Schrämwalzen 18 veränderbar ist.
Um eine Gegenkraft der Winkelauslenkung zu stützen, werden Räder 37 angebracht, welche sich auf den von der Schrämwalze 18 freigelegten Flächen bewegen.
An Auslegern 39 bei den Schrämwalzen 18 sind Antriebe 38 befestigt, welche wiederrum direkt an die Schrämwalzen 18 gekoppelt sind.
Bevor die Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24 erste Schnitte im Untergrund setzt, legen, wie 3, rechter Teil, auch verdeutlicht, die Schrämwalzen 18 einen Freiraum 48 für Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24 frei.
Werkzeug „Greifvorrichtung“ (FIG 2, FIG 4)
2 zeigt eine Greifvorrichtung mit mehreren Greifmodulen 47, deren eines in 4 (im Detail) dargestellt ist.
Wie 2 zeigt, befinden sich die Greifmodule 47 auf einer - neben der Achse 16 für die Schrämsägen 13 - weiteren Achse 40, welche ebenfalls um 90 ° - unabhängig von den Schrämsägen 13 - geschwenkt werden können 25.
Wie 4 zeigt, ist das Greifmodul 47 aus zwei gespiegelten Einzelmodulen - mit jeweils einer Mehrzahl von paarweise zusammenwirkenden Greifelementen 26 - aufgebaut, um so die Funktion des Greifens 23 zu realisieren.
Innerhalb eines - durch die Kettensägen 3 und Schrämsäge 13 erzeugten - Schnittmusters-/-bildes existieren - beispielsweise - entweder sieben quadratische und zwei dreieckige oder acht quadratische Querschnitte von zumindest teilweise freigeschnittenem/freigeschnittenem, insbesondere formhaltiges, Bodenmaterial 24, welche über die Greifelemente 26 zu greifen sind 23.
Die Abstände der sieben quadratischen Geometrien sind konstant, während sich die Positionen dieser Querschnitte um einen gleichbleibenden Wert - im Schnittmuster - abwechselnd vertikal verschieben.
Wie 4 verdeutlicht, sind die Greifelemente 26 an einer Schiene 41 im selben Abstand zueinander positioniert - und können auf bzw. mittels einer Führung 42 verschoben werden.
Die Positionsänderung sowie der Greifmechanismus kann in dieser Konstellation mit zwei (oben und unten angebrachten) lineare Aktoren, beispielsweise Hydraulikzylinder, (nicht gezeigt) realisiert werden.
Die einzelnen Greifausleger 43 bei den Greifelementen 26 sind durch mechanische Federn entkoppelt. Dies dient dazu mögliche Toleranzen im Schnittbild des Untergrundes und der Vorrichtung 1 auszugleichen.
Ein Greifausleger 43 besitzt zwei Federn 44, eine in Richtung der Greifwirkung und eine in Positionsrichtung. Die Feder 44 für die Positionierung soll mögliche Kollisionen beim Anfahren der Position des Greifelements 26 zwischen den Modulen ausgleichen. Die andere Feder 44 soll die Kraft der Greifwirkung begrenzen, um die Kanten des Werkstückes, d.h. des zumindest teilweise freigeschnittenen/freigeschnittenen, insbesondere formhaltigen, Bodenmaterials 24, zu schonen.
Der Greifausleger 43 am Rand eines Greifmoduls 47 hat ebenfalls eine Feder 44 eingebaut, um eine Positionierung zu gewährleisten. Bei einem Druckaufbau zwischen den Greifelementen 26 wird diese Feder gestaucht, bis der Greifausleger 43 auf Widerstand des Werkstückes trifft und dieses somit fixiert.
Nicht dargestellt ist die Möglichkeit des Einsatzes eines baugleichen dritten Greifelements, das eine eventuelle Schrägstellung der gegriffenen Körper verhindert.
Werkzeug „Fördervorrichtung“ (FIG 5)
5 zeigt (einen Teil einer) Fördervorrichtung 27 zum Abtransport des freigeschnittenen, insbesondere formhaltigen, Bodenmaterials 24..
Diese Fördervorrichtung 27 sieht, wie 6 zeigt, zwischen den Schrämsägen 13 parallel (bezüglich ihrer jeweiligen Förderrichtung 27) ausgerichtete Transportbänder 45 vor, auf welchen das freigeschnittene, insbesondere formhaltige, Bodenmaterial 24 abgelegt und durch welche dieses abtransportiert werden kann.
Die Transportbänder 45 sind mit Hilfe von einem Linearaktor und einer Extender-Mechanik 46 normal zu ihrer Förderrichtung 28 positionierbar 29, um so das freigeschnittene, insbesondere formhaltige, Bodenmaterial 24 aus der Greifvorrichtung „herauszuheben“, wodurch dieses dann zum Abtransport freiliegend ist.
Zusammenschau der Bauteilgruppen/Werkzeuge der Vorrichtung 1 mit mehreren Werkzeugen zum Trennen (FIG 6, FIG 7, FIGen 8 bis 26)
6 zeigt die Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24 - in Zusammenschau und Ausrichtung - ihrer Bauteilgruppen/Werkzeuge, d.h. den Werkzeugen zum Setzen der Diagonalschnitte 50, der Vertikalschnitte 51 sowie der Platzfreilegungsschnitte 52, kurz die Kettensägen 3, die Schrämsägen 13 und die Schrämwalzen 18, zusammen mit der Greifvorrichtung 23 und der Fördervorrichtung 27, kurz den Greifmodulen 47 und den Transportbändern 45, wie im Vorherigen beschrieben.
Beim Trennen von Bodenmaterial 24, wie insbesondere beim Freilegen eines Bodens eines Bodenmassekolbens einer geotechnischen Untergrundspeichers (zweite Phase), arbeiten die Werkzeuge der Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24 (in Zusammenstellung nach 6) in einem zyklischen Ablauf, in welchem sie ein Schnittmuster eines definiert strukturierten Bodenmaterials 24 erzeugen, dadurch das Bodenmaterial 24 aus dem Untergrund heraustrennen bzw. -schneiden und das aus dem Untergrund getrennte Schnittgut bzw. Bodenmaterial 24 abtransportieren.
Der zyklische Ablauf, kurz die Prozedur, ist in 8 grafisch dargestellt und verdeutlicht. 9 bis 26 zeigen jeweils die Vorrichtung 1 - zu bestimmten Zykluszeitpunkten - in der dortig jeweiligen Arbeitsposition.
Dieser zyklische Ablauf nach 8 beschreibt dabei einen halben Prozedurschritt. Die zweite Hälfte der Prozedur unterscheidet sich nur bei der Arbeitsposition „Kettensägen, Position +45 °“ (10) und bei „Kettensägen, Position -45 °“ (14), wobei die Winkel unverändert bleiben nur die Höhenposition der Kettensägen 3 verändert sich um die halbe diagonale des quadratischen Werkstückquerschnittes.
Die halbe Prozedur gliedert sich in:

1. Schrämwalzen, Position anfahren (8):
- Die zwei Schrämwalzen 18 erzeugen einen Freiraum, beispielsweise jeweils ca. 300 mm auf einer Länge von 3.000 mm.
Hierfür wird die Vorrichtung 1 mittels einer Vorschubkraft bewegt. Diese verhält sich linear zur Bodenfestigkeit und der abzutragenden Fräsfläche. Umgekehrt verhält sich die Vorschubgeschwindigkeit.
2. Werkzeugträger für diagonale Schnitte, Position 90 ° (9):
- Der erste Werkzeugträger 2, welcher die Kettensägen 3 trägt, schwenkt um 90 ° (Klappen 11).
3. Kettensägen, Position +45 ° (10):
- Die Kettensägen 3 werden auf die Position +45 ° mittels einer linearen Bewegung geschwenkt bzw. gekippt 9.
Bei der zweiten Hälfte der Gesamtprozedur wird ein anderer Punkt in der Höhe angefahren.
4. Kettensägen, ausfahren (11):
- Die Kettensägen 3 werden ausgefahren (Drehung 10) und schneiden das Material an.
5. Kettensägen, sägen (12):
- Die Kettensägen 3 fahren beispielsweise ca. 1,5 m (lineare Verfahrbarkeit 6) und erzeugen diagonale Schnitte 50.
6. Kettensägen, einfahren (13):
- Die Kettensägen 3 werden nach Erreichen der Endlage aus dem Material gefahren (Drehung 10).
7. Kettensägen, Position -45 ° (14):
- Die Kettensägen 3 werden auf die Position -45 ° mittels einer linearen Bewegung geschwenkt bzw. gekippt 9. Bei zweiter Hälfte der Gesamtprozedur wird ein anderer Punkt in der Höhe angefahren.
8. Kettensägen ausfahren (15):
- Die Kettensägen 3 werden ausgefahren (Drehung 10) und schneiden das Material an.
9. Kettensägen, Sägen (16):
- Die Kettensägen 3 verfahren um beispielsweise ca. 1,5 m (lineare Verfahrbarkeit 6) und erzeugen diagonale Schnitte 50.
10. Kettensägen, einfahren (17):
- Die Kettensägen 3 werden nach Erreichen der Endlage auf aus dem Material gefahren (Drehung 10).
11. Kettensägen, Position 0 ° (18):
- Nach dem die diagonalen Schnitte 50 erzeugt wurden, werden die Kettensägen 3 auf Ausgangsposition gekippt 9.
12. Werkzeugträger für diagonale Schnitte, Position 0 ° ( 19) :
- Der erste Werkzeugträger 2, welcher die Kettensäge 3 aufnimmt, wird auf Ausgangsposition 0 ° geklappt 11.
13. Greifer, Position anfahren (20):
- Die Vorrichtung 1 verfährt ein Stück „nach vorne“ („Platzfreilegungsschnitte 52), während die Schrämwalzen 18 Freiraum 48 erzeugen.
14. Greifer, Position 90 ° (21):
- Die Greifer, d.h. die Greifvorrichtung 23/Greifmodule 47, schwenken 25 um 90 ° und positionieren sich zwischen den einzelnen Werkstücken 24.
15. Greifer, Werkstücke fixieren (22):
- Die Greifer, d.h. die Greifelemente 26, verspannen („Greifen“ 23) mit einer linearen Bewegung die Werkstücke 24 und fixieren diese.
16. Kettenschrämen (Schrämsägen), Position 90° (23):
- Die Schrämsägen 13 rotieren (Drehung 15) um 90° und lösen die Werkstücke 24 bzw. Stege zwischen den einzelnen Werkstücken 24 (ca. 300 mm Tiefe).
17. Greifer und Kettenschrämen (Schrämsägen), Position 0 ° (24):
- Die Schrämsägen 13 und die Greifvorrichtung 23 bewegen sich zurück auf Ausgangsposition (Drehung 15, Schwenkung 25).
18. Greifer, Werkstücke lösen (25):
- Nach Erreichen der Endlage öffnen sich die Greifelemente 26 und lösen somit die Werkstücke 24.
19. Band, anheben (26):
- Die Transportbänder 45 werden angehoben (Positionierung 29) und heben die Werkstücke 26 aus der Greifvorrichtung 23. Anschließend wird das Schnittgut 24 abtransportiert (Fördern 27).

Die Vorrichtung 1 ist in Ausgangsposition und kann die zweite Hälfte der Prozedur starten.
Modifizierte Zusammenschau der Bauteilgruppen/Werkzeuge der Vorrichtung 1 mit mehreren Werkzeugen zum Trennen (FIG 27)
27 zeigt die Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24 - in modifizierter Zusammenschau, Ausrichtung und Zusammenstellung - ihrer Bauteilgruppen/Werkzeuge, d.h. - in diesem modifizierten Fall - den Werkzeugen zum Setzen der Diagonalschnitte 50 und der Vertikalschnitte 51, kurz die Kettensägen 3 und die Schrämsägen 13 (zweifach).
Beim Trennen von Bodenmaterial 24, wie insbesondere in diesem Fall beim spiralförmigen Herausschneiden eines Bodenmassekolbens einer geotechnischen Untergrundspeichers (erste Phase), arbeiten die Werkzeuge der Vorrichtung 1 zum Trennen von Bodenmaterial 24 (in Zusammenstellung nach 6) in dieser Zusammenstellung in einem fortlaufenden Ablauf (, wobei sie - aufgenommen in verschiedenen Werkzeugschlitten 49 - in einem Grundgerüst 32 entlang einer spiralförmigen Bahn bewegt werden), bei welchem Ablauf sie - ebenfalls das beschriebene Schnittmuster mittels der beschriebenen Diagonal- und Vertikalschnitte 50, 51 erzeugen.
Kurz und vereinfacht, 27 verdeutlicht diese modifizierte Vorrichtung 1 mit ihrer diesbezüglich modifizierten Werkzeugzusammenstellung zur Freilegung des zylindrischen Abschnitts eines Bodenmassekolbens eines geotechnischen Untergrundspeichers. Kettensägen 3 und Schrämsägen 13 weisen unverändert die beschriebenen Freiheitsgrade - und so Funktionalitäten auf, welche sie in die Lager versetzten die Diagonal- und Vertikalschnitte 50, 51, wie beschrieben, zu setzen - und so das beschrieben Schnittmuster erzeugen.
Das Grundgerüst 32 ist, wie 27 verdeutlicht, ein geschlossenes Schienensystem 32, auf welchem sich die Werkzeugschlitten 49 für die Werkzeuge der Vorrichtung 1 entlang einer kreisförmigen Bahn bewegen.
Wie 27 zeigt, ist ein Werkzeugschlitten 49 vorgesehen, welcher die Kettensägen in ihrem ersten Werkzeugträger 2 trägt; zwei Werkzeugschlitten 49 tragen jeweils die Schrämsägen 13 in ihrem jeweiligen zweiten Werkzeugträger 12.
Das Schienensystem 32 wird aus mehreren gleichen Segmenten „vor Ort“ montiert.
Ein einzelnes Segment besitzt beispielsweise ein Volumen von 0,16 m³ bei einer mittleren Länge von 3.000 mm und einem Schienenabstand zur Segmentmitte von 800 mm. Bei einer Stahlkonstruktion ergibt - nach diesem Beispiel - eine Masse von ca. 1.400 kg pro Segment.
Diese Schienenkonstruktion kann beispielsweise mit stationären Kränen auf entsprechender Höhe gehalten und bewegt werden. Alternativ könnte diese Entwicklung mit der Hilfe von mehreren Raupentrieben innerhalb des Ringspaltes bewegt werden.
Die Werkzeugschlitten 49 werden unabhängig voneinander auf der Schiene verfahren und transportieren die Werkzeuge, d.h. die Kettensägen 3 und die Schrämsägen 13 (zweifach), für die benötigten (Diagonal-/Vertikalschnitte 50, 51.
Da das Schienensystem effektiv ein Vieleck abbildet, entstehen Lücken zwischen den Laufschienen. Dieses Problem wurde durch eine geeignete Aufhängung von doppelten Laufrädern bei den Werkzeugschlitten 49 gelöst.
Die Werkzeugschlitten 49 haben eine Schnittstelle für die unterschiedlichen Werkzeuge bzw. Werkzeugträger, auf welchen sich diese linear entlang der Spaltbreite bewegen können und somit den - beispielsweise 3 m breiten - Spalt abfahren können, doch nur eine Ausdehnung von maximal 2 m besitzen.
Für die erste Phase werden zumindest ein/der erster Werkzeugträger 2 - für die Kettensägen 3 für die Diagonalschnitte 50 - und ein/der zweite Werkzeugträger 12 - für die Schrämsägen 13 für die Vertikalschnitte 51.
Je nach Anzahl der sich auf der Schiene befindenden Werkzeugschlitten 49 lässt sich das Bauvorhaben beschleunigen oder anderweitig optimieren. 27 zeigt diesbezüglich zwei Werkzeugschlitten 49 für zwei zweite Werkzeugträge (für jeweils eine Gruppe von Schrämsägen 13).
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: erster Werkzeugträger
3: erstes Trennwerkzeug, Kettensäge
4: erste Trennebene
5: Linearschiene/-führung
6: lineare Verfahrbarkeit, linearer Fahrweg
7: Motor
8: Kippmechanik
9: Kippen, Kippbarkeit, (Kipp-)winkel
10: Drehwinkel, Drehbarkeit,
11: Klappbarkeit, Klappwinkel
12: zweiter Werkzeugträger
13: zweites Trennwerkzeug, Schrämsäge
14: zweite Trennebene
15: Drehwinkel, Drehbarkeit
16: gemeinsame Achse
17: dritter Werkzeugträger
18: drittes Trennwerkzeug, Schrämwalze
19: dritte Trennebene
20: Lagerung, Aufhängung
21: Abstand
22: Schwenkbarkeit, Schwenkwinkel
23: Greifvorrichtung, Greifen
24: zumindest teilweise freigeschnittenes/freigeschnittenes, insbesondere formhaltiges, Bodenmaterial, Werkstück/-e
25: Schwenkbarkeit, Schwenkwinkel, Verlagern
26: Greifelement
27: Fördervorrichtung, Fördern
28: Förderrichtung
29: Positionierbarkeit
30: Schienensystem
31: Verfahrbarkeit
32: (Grund-)Gerüst, Schienensystem
33: Kettenschwert
34: Schwenkmotor
35: Antriebsmotor
36: Achse
37: Rad
38: Antrieb(-smotor)
39: Ausleger
40: Achse
41: Schiene
42: Führung
43: Greifausleger
44: Feder
45: Transportband
46: Linearaktor mit Extender-Mechanik
47: Greifmodul
48: Freiraum
49: (Werkzeug-)Schlitten
50: erster Trennvorgang, Diagonalschnitt
51: zweiter Trennvorgang, Vertikalschnitt
52: (Platz-)Freilegungsschnitt

Claims

Vorrichtung (1) zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial mit zumindest einem Werkzeugträger (2) für Trennwerkzeuge (3) gekennzeichnet durch mindestens zwei in einem ersten Werkzeugträger (2) jeweils parallel zueinander linear verfahrbar (6) und jeweils mit ihrer (ersten) Trennebene (4) kippbar (9) angeordnete erste Trennwerkzeuge (3).
Vorrichtung (1) nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Trennwerkzeuge (3) in dem ersten Werkzeugträger (2) jeweils in ihrer (ersten) Trennebene (4) drehbar (10) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Trennwerkzeuge (3), insbesondere mittels Linearschienen (5), derart in dem ersten Werkzeugträger (2) angeordnet und linear verfahrbar (6) sind, dass deren lineare Fahrwege (6) parallel und insbesondere in einer Ebene verlaufen.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkzeugträger (2) klappbar (11) ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei in einem zweiten Werkzeugträger (12) jeweils in ihrer (zweiten) Trennebene (14) drehbar (15) und bezüglich ihrer jeweiligen (zweiten) Trennebenen (14) parallel zueinander angeordnete zweite Trennwerkzeuge (13).
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Trennwerkzeuge (13) auf einer gemeinsamen Achse (16) in dem zweiten Werkzeugträger (12) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Trennwerkzeuge (3, 13) derart zueinander angeordnet sind, dass der lineare Fahrweg (6) der ersten Trennwerkzeuge (3) normal zu den (zweiten) Trennebenen (14) der zweiten Trennwerkzeuge (13) ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei, insbesondere genau zwei, in einem dritten Werkzeugträger (17) bezüglich ihrer jeweiligen (dritten) Trennebenen (19) parallel zueinander angeordnete dritte Trennwerkzeuge (18).
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die dritten Trennwerkzeuge (3, 18) derart zueinander angeordnet sind, dass der lineare Fahrweg (6) der ersten Trennwerkzeuge (3) parallel zu den (dritten) Trennebenen (19) der dritten Trennwerkzeuge (18) ist und/oder die zweiten und die dritten Trennwerkzeuge (13, 18) derart angeordnet sind, dass die (zweiten) Trennebenen (14) der zweiten Trennwerkzeuge (13) normal zu den (dritten) Trennebenen (19) der dritten Trennwerkzeuge (18) sind.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Greifvorrichtung (23), mittels welcher zumindest teilweise freigeschnittenes, insbesondere formhaltiges, Bodenmaterial (24) greifbar ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung (23) eine Mehrzahl von Greifelemente (26) aufweist, welche paarweise jeweils ein zumindest teilweise freigeschnittenes, insbesondere formhaltiges, Bodenmaterial (24) greifen.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fördervorrichtung (27), mittels welcher freigeschnittenes, insbesondere formhaltiges, Bodenmaterial (24) förderbar ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung (27) normal zu ihrer Förderrichtung (28) positionierbar (29) ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Schienensystem (30), auf welchem der erste Werkzeugträger (2) und/oder der zweite Werkzeugträger (12) und/oder der dritte Werkzeugträger (17) verfahrbar (31) angeordnet ist/sind.
Verfahren zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial, bei dem in einem Untergrund zwei erste Trennvorgänge (50) mit zueinander nicht parallelen ersten Trennebenen (4) durchgeführt werden und vor oder nach den ersten Trennvorgängen (50), insbesondere nach den ersten Trennvorgängen (50), zumindest ein zweiter Trennvorgang (51), dessen zweite Trennebene (14) normal zu den ersten Trennebenen (4) ist, durchgeführt wird, wobei die ersten Trennvorgänge (50) mittels eines ersten Trennwerkzeugs (3) und die zweiten Trennvorgänge (51) mittels eines zweiten Trennwerkzeugs (13) durchgeführt werden, wobei insbesondere das erste Trennwerkzeug (3) und das zweite Trennwerkzeug (13) in ihrer Art voneinander unterschiedlich sind, und wobei die ersten Trennvorgänge und der zweite Trennvorgang durch Schneiden erfolgen.
Verfahren nach dem voranstehenden Verfahrensanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere zweite Trennvorgänge (51) durchgeführt werden, deren jeweilige zweite Trennebenen (14) normal zu den ersten Trennebenen (4) sind.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Trennvorgänge (50) hintereinander und/oder die zweiten Trennvorgänge (51) gleichzeitig oder auch hintereinander durchgeführt werden.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den ersten Trennvorgängen (50) und dem zweiten Trennvorgang (51) bzw. den zweiten Trennvorgängen (51) das freizutrennende, insbesondere formhaltige, Bodenmaterial (24) gegriffen wird (23).
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach den Trennvorgängen (50, 51) das freigetrennte, insbesondere formhaltige, Bodenmaterial (24) in eine Förderposition verlagert (25) und/oder gefördert (27) wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Trennebenen (4) der ersten Trennvorgänge (50) einen (Kipp-)Winkel (9) von höchstens 90°, insbesondere höchstens 90° und mindestens 45°, im weiteren Besonderen von 90°, einschließen.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und der mindestens eine zweite Trennvorgang (50, 51) bzw. die ersten und die zweiten Trennvorgänge (50, 51) einen Zyklus bilden, der mehrfach, insbesondere vielfach, hintereinander durchgeführt wird, wobei mit jedem Zyklus, insbesondere formhaltiges, Bodenmaterial freigeschnitten wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Verfahrensansprüche, bei dem vor Durchführung der Trennvorgänge (50, 51) das freizutrennende Bodenmaterial verfestigt wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Verfahrensansprüche, durchgeführt unter Verwendung einer Vorrichtung (1) zum Freitrennen von, insbesondere formhaltigem, Bodenmaterial nach einem der voranstehenden Vorrichtungsansprüche.