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Die
Erfindung betrifft einen Drehantrieb für die Fräsereinheit einer Schildvortriebsmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, wie er beispielsweise aus der DE-OS 15 34 655 bekannt
ist. Solche Vortriebsmaschinen sind insbesondere zum Vortreiben
von Tunnels und geneigten Schächten
geeignet.
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Die
Vortriebsmaschine kann beim Bohren von Tunneln, geneigten Schächten, unterirdischen Röhren für unter
dem Erdboden verlegte Rohrleitungen usw. eingesetzt werden, indem
die Maschine zunächst
in einen vertikalen Schacht eingesetzt und dann in z.B. horizontaler
Richtung vorgetrieben wird.
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Zur
Bildung des Tunnels oder der Röhre
für unter
dem Erdboden verlegte Rohrleitungen wurde im allgemeinen eine Methode
verwendet, bei der der vertikale Schacht bis zu einer Tiefe gebildet
wird, bei der der Tunnel angelegt oder die Rohrleitungen verlegt
werden sollen, und dann die Vortriebsmaschine in den Erdboden von
diesem vertikalen Schacht aus horizontal vorwärts getrieben wird; aber es bestand das
Problem, daß Abweichungen
im Verlauf des Tunnels verursacht werden, wenn die Antriebskraft
nicht auf eine gleichmäßige Weise
zugeführt
werden kann.
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Im
US-Patent Nr. 5 032 039 von Mituwa wurde beispielsweise eine Vortriebsmaschine
vorgeschlagen, die eine im Vorderteil definierte Kammer zur Aufnahme
des ausgehobenen Erdreichs, eine durch die Kammer verlaufende Drehachse,
einen Aushebefräser
mit vielen tunnelseitigen Frässpitzen auf
dem vorderseitigen Teil der Drehwelle und einen Fräserantrieb
umfaßt,
der einen Fräserantriebsmotor und
ein Untersetzungsgetriebe zur Bereitstellung einer Leistung für den Aushebefräser und
eine Antriebskraft für
die Vortriebsmaschine aufweist.
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Bei
der obigen bekannten Vortriebsmaschine bestanden jedoch nachfolgend
genannte Probleme:
- A. Bei Vortriebsmaschinen
für große Bohrtunnels war
es erforderlich, den Fräserantriebsmotor
und das Untersetzungsgetriebe zu versorgen, so daß der Fräserantrieb
mit großen
Ausmaßen
hergestellt werden mußte,
und die Kosten der Ausstattung waren hoch.
- B. Nachdem ein Ritzel und ein Hauptantriebsrad für die Versorgung
der Fräsereinheit
mit einem erforderlichen Drehmoment eingesetzt werden, müssen dieses
Ritzel und dieses Hauptantriebsrad Präzisionsteile sein, so daß viele
Stunden für die
Herstellung benötigt
werden und möglicherweise
ein langer Zeitraum benötigt
wird, um einen Schild für
die Maschine herzustellen, so daß die Dauer bis zur Fertigstellung
des Tunnels deutlich verlängert
wird.
- C. Die erforderliche Anzahl von Teilen zur Bildung des Fräserantriebs
ist groß,
die Lieferzeit ist lang, und der Antrieb ist teuer.
- D. Es ist erforderlich, einen Getriebekasten vollständig mit
Schmieröl
gefüllt
zu halten, so daß bei einer
Vortriebsmaschine für
große
Bohrtunnel eine riesige Menge Schmieröl benötigt wird und somit die Betriebskosten
sehr hoch sind.
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Demzufolge
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehantrieb für die Fräsereinheit
einer Schildvortriebsmaschine mit einem einfachen Aufbau der Fräserantriebseinheit
zu schaffen, bei der die Fräsereinheit
so gestaltet ist, daß sie
mit einer einfach aufgebauten Antriebseinrichtung drehend angetrieben
werden kann, ohne daß Präzisionsteile oder
Schmieröl
benötigt
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch einen Drehantrieb
der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Weiterbildungen
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die
in den beigefügten
Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen
der Erfindung ersichtlich.
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1 zeigt
schematisch einen vertikalen Längsschnitt
einer Vortriebsmaschine mit einem Drehantrieb für die Fräsereinheit in einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 zeigt
einen Querschnitt der Vortriebsmaschine entlang der Linie III-III
in 1;
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3 zeigt
eine Teilvergrößerung eines
mit einer einfach gepunkteten Kettenlinie eingekreisten Teils aus 1;
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4 zeigt
ein Diagramm, das anhand charakteristischer Figuren die Arbeitsweise
der Vortriebsmaschine aus 1 darstellt;
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5 zeigt
schematisch einen longitudinalen Teil einer Vortriebsmaschine mit
einer anderen Ausführungsform
des Drehantriebs gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 zeigt
einen Querschnitt der Vortriebsmaschine entlang der Linie VI-VI
in 5;
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7 zeigt, ähnlich wie 3,
eine Teilvergrößerung eines
Teils der Vortriebsmaschine aus 5;
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8 zeigt
schematisch einen longitudinalen Abschnitt der Vortriebsmaschine
mit einem Drehantrieb für
die Fräsereinheit
in einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt ähnlich wie 6 einen
Querschnitt der Vortriebsmaschine aus 8;
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10 zeigt
schematisch einen Längsschnitt
der Vortriebsmaschine mit einem Drehantrieb für die Fräsereinheit in einer anderen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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11 zeigt
einen Querschnitt der Vortriebsmaschine entlang der Linie XI-XI
in 10;
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12 zeigt
schematisch einen Längsschnitt
der Vortriebsmaschine mit einem Drehantrieb für die Fräsereinheit in einer anderen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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13 zeigt
einen Querschnitt der Vortriebsmaschine entlang der Linie XIII-XIII
in 12;
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14 zeigt
einen weiteren Querschnitt der Vortriebsmaschine aus 12;
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15 zeigt
schematisch einen Längsschnitt
einer Vortriebsmaschine mit einem Drehantrieb für die Fräsereinheit in einer anderen
Ausführungsform
der Erfindung; und
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16 zeigt
einen Querschnitt der Ausführungsform
aus 15.
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In
den 1 bis 4 ist eine Vortriebsmaschine
mit einem Drehantrieb für
die Fräsereinheit
in einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt, bei der ein Schutzschild 11 der Vortriebsmaschine 10 mit
einem Schildrumpf 12, einer Stirnwand 13, einer
Fräsereinheit 14,
einer Fräserantriebseinheit 15 und
einer Förderschnecke 16 zum Entfernen
des Aushubs sowie Schildvortriebsschubzylindern 17 versehen
ist. Am Heck des Schildrumpfs 12 ist eine Heckabdichtung 18 vorgesehen.
An einer inneren Wand auf einer Maschinenkammerseite des Schildrumpfs 12 sind
Träger 19a–19c befestigt,
an die Schubzylinder in Abständen
von je 120° in
Umfangsrichtung angebracht sind.
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Die
Fräsereinheit 14 wird
durch eine axiale Drehantriebswelle 20, Radialfräser 21,
die sich radial zur Welle 20 erstrecken, und an den vorderseitigen Flächen der
Radialfräser 21 vorgesehene
Fräserspitzen 22 gebildet.
Die Welle 20 ist durch ein Lager 23 in der Mitte
der Stirnwand 13 drehbar gelagert. Sie kann aus beliebigen
bekannten Bauteilen wie einer Mittelwelle, einer Zwischenwelle,
einer außenliegenden
Hilfswelle oder ähnlichen
gebildet sein. Im vorliegenden Fall sind die Radialfräser 21 einstückig an
einem vorderseitigen Teil der Welle 20 angebracht, und eine
größere Anzahl
von Spitzen 22 sind auf der Vorderseite der Fräser 21 befestigt.
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Die
Fräserantriebseinheit 15 umfaßt eine
an einem hinteren Ende der Welle 20 vorgesehene Kupplung 24,
eine an einem später
beschriebenen Kurbelzapfen 25 der Kurbel 24 angebrachte
Kupplungsplatte 26 und mehrere, z.B. drei, Schubzylinder 27a–27c in
Kombination mit einem Hydraulikdruckgenerator und einer Folgesteuerungsanlage
(beide nicht gezeigt). Die Kurbel 24 umfaßt die als
Kurbelwelle ausgebildete axiale Welle 20 und einen Kurbelarm 28,
der an einem Ende einstückig
mit der Kurbelwelle ausgebildet ist und am anderen Ende den Kurbelzapfen 25 trägt. In bezug
auf den als Kurbelwelle ausgebildeten Drehantrieb ist der Kurbelarm 28 abweichend
mit einer Exzentrizität "e" angeordnet.
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Die
Kupplungsplatte 26 ist drehbar an der Außenfläche des
Kurbelzapfens 25 angebracht und mit Trägern 29a–29c in
Abständen
von 120° in
Umfangsrichtung der Außenfläche versehen.
Diese Kupplungsplatte 26 wird von einem zwischen der Platte 26 und
einer Drehbefestigung 30 angeordneten Stopper 31 gehalten,
so daß ein
Herausrutschen verhindert wird und er immer in einer konstanten
Stellung in bezug auf den Kurbelzapfen 25 gehalten wird.
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Die
Schubzylinder 27a–27c tragen
zugeordnete Kolbenstangen 32a–32c zur hydraulischen
Expansion und Kontraktion und sind im Inneren des Schildrumpfs 12 im
wesentlichen in 120°-Abständen in
Umfangsrichtung angeordnet, wobei die Kolbenstangen 32a–32c durch
Bolzen 33 mit den auf der Kupplungsplatte 26 angebrachten
Trägern 29a–29c verbunden sind,
so daß sie
an diese drehbar gekoppelt sind. Die Schubzylinder 27a–27c sind
ihrerseits durch Bolzen 34a–34c mit den auf der
Innenwand des Schildrumpfs 12 angebrachten Trägern 19a–19c verbunden,
so daß sie
von diesen drehbar gehalten werden.
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Der
Hydraulikdruckgenerator ist, wie bereits bekannt, mit einer hydraulischen
Pumpe oder einer Ventileinrichtung einschließlich eines Umschaltventils
(nicht gezeigt) ausgestattet und ist zur Zuführung von Hydraulikdruck zu
den kompressions- oder kontraktionsseitigen Öffnungen der Schubzylinder 32a–32c eingerichtet,
wobei das Umschaltventil gemäß den Befehlen
einer optimal eingerichteten Folgesteuerungsschaltung betätigt wird,
und außerdem zur
Zuführung
des hydraulischen Drucks zu den Schubzylindern 17, die
den Schutzschild vorantreiben.
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Die
Folgesteuerungsschaltung ist zur Steuerung der Richtung des zu den
Schubzylindern 27a–27c zugeführten hydraulischen
Drucks eingerichtet, so daß die
Kolbenstangen der Schubzylinder 32a–32c gemäß einer
vorbestimmten Arbeitsfolge ein- und ausgefahren werden, so daß die Kurbel 24 durch
die Kupplungsplatte 26 in einer vorbestimmten Richtung
gedreht wird. Die Drehbefestigung 30 ist am hinteren Ende
des Kurbelzapfens 25 angebracht.
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Eine
Vorrichtung zum Einbringen einer Flüssigkeit an der Tunnelstirnseite
wird durch einen mit der Drehbefestigung 30 verbundenen
Schlauch 35, einen durch die entsprechenden Körper des
Drehzapfens 25, des Kurbelarms 28 und des Drehantriebs 20 geformten
Strömungsweg 36 sowie
eine Austrittsöffnung 37 gebildet,
die an dem tunnelstirnseitigen Ende der Welle 20 mündet und
mit dem Strömungsweg 36 in
Verbindung steht.
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In
einem Raum zwischen der Stirnwand 13 und den Radialfräsern 21 wird
eine Kammer 38 gebildet, die von einer an der Vorderseite
des Schildrumpfs 12 vorgesehenen Haube umgeben wird und
zur Unterbringung des Aushubs dient. Die Förderschnecke 16 ist
innerhalb des Schildrumpfs 12 angeordnet, und ein vorwärts gerichtetes
Ende der Fördereinrichtung 16 mündet durch
die Stirnwand 13 in die Kammer 38. Die Schildvortriebszylinder 17 sind an
mehreren Stellen an der Innenwand des Schildrumpfs 12 in
vorbestimmten Abständen
in Umfangsrichtung angeordnet und mittels Trägern 39 an dem Schildrumpf 12 angebracht.
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Im
folgenden wird nun die Arbeitsweise der Maschine 10 erläutert.
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Es
wird angenommen, daß in
einem Ausgangszustand, wie in 2 gezeigt,
der Kurbelzapfen 25 und die Kupplungsplatte 26 in
ihrem oberen Totpunkt positioniert sind. In diesem Zustand ist die Kolbenstange 32a des
obersten Schubzylinders 27a vollständig eingefahren, während die
Kolbenstange 32b des in Drehrichtung X der Kurbel 24 nächstgelegenen
Schubzylinders 27b etwas eingefahren ist und die Kolbenstange 32c des
in X-Richtung letztpositionierten Zylinders 27c ein wenig
ausgefahren ist, wie in 4 gezeigt.
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Ausgehend
von diesem Zustand soll die Welle 20 der Fräsereinheit 14 eine
Umdrehung in der in 4 gezeigten Drehrichtung X durchführen. In
diesem Fall bewirkt die Folgesteuerungsschaltung bei betätigtem Umschaltventil,
daß dem
Zylinder 27a der Hydraulikdruck in einer Richtung zum allmählichen Ausfahren
der Kolbenstange 32a für
eine Rotation von 0° zu
180° und
anschließend
in einer Richtung zum allmählichen
Einfahren der Kolbenstange 32a für eine Rotation von 180° zu 360° zugeführt wird,
wie in 4 gezeigt. Zur gleichen Zeit wird der hydraulische
Druck dem nächsten
Schubzylinder 27b in einer Richtung zum allmählichen
Einfahren der Kolbenstange 32b für eine Rotation von 0° zu 120°, dann in der
Richtung zum allmählichen
Ausfahren für
eine Rotation von 120° zu
300° und
dann in der Richtung zum erneuten allmählichen Einfahren der Kolbenstange 32b für eine Rotation
von 300° zu
360° zugeführt. Ebenfalls
zur gleichen Zeit wird der hydraulische Druck dem letzten Schubzylinder 27c in
der Richtung zum allmählichen
Ausfahren der Kolbenstange 32c für eine Rotation von 0° zu 60°, dann in der
Richtung zum allmählichen
Einfahren der Kolbenstange 32c für eine Rotation von 60° zu 240° und dann
in der Richtung zum erneuten allmählichen Ausfahren der Kolbenstange 32c für eine Rotation von
240° zu
360° zugeführt.
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Wie
bereits oben beschrieben wird der Kurbelzapfen 25 durch
die Kupplungsplatte 26 in X-Richtung der 2 durch
das Zusammenwirken der Kolbenstangen 32a–32c infolge
der Steuerung des zugeführten
hydraulischen Drucks zu den Schubzylindern 27a–27c gedrückt, so
daß der
Drehantrieb 20 mit einer Exzentrizität "e" zwischen
dem die Kurbelwelle bildenden Drehantrieb 20 und dem Kurbelzapfen 25 als
Rotationsradius angetrieben wird.
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Durch
Wiederholung des obigen Rotationstakts wird die Welle 20 fortlaufend
gedreht, wodurch die Fräsereinheit 14 gedreht
wird, während
die Maschine 11 durch die Schildvortriebsschubzylinder 17 vorgeschoben
wird, um die Fräsereinheit 14 gegen das
tunnelstirnseitige Erdreich G voranzutreiben und das Erdreich G
durch die Spitzen 22 abzuarbeiten. Wenn es die Situation
erfordert, wird die Flüssigkeit durch
den Strömungsweg
zum Aushub geleitet, die Radialfräser 21 durchkneten
die Erde, und die durchgeknetete Mischung aus abgearbeiteter Erde
und Flüssigkeit
wird in die Kammer 38 befördert.
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Der
Schutzschild 11 wird durch die Schubzylinder 17 mittels
einer Rückstoßkraft vorangetrieben, die
durch die Tunnelwand verstärkende,
auf bekannte Weise zum Schutz des Tunnelsystems zusammengefügte Segmente 40 übertragen
wird, wodurch das ausgearbeitete Erdreich zusammengedrückt und ein
Einsturz der Tunnelstirnseite verhindert wird. Während der Erddruck in der Kammer 38 auf
einem vorbestimmten Wert gehalten wird, wird der Aushub durch die
Förderschnecke 16 aus
der Kammer 38 entfernt. Nach Vortrieb über eine bestimmte Strecke wird
ein weiterer Satz der Segmente 40 sofort hinter dem Schutzschild 11 zusammengefügt, und
der Vortrieb wird fortgesetzt, bis der Tunnel fertiggestellt ist.
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Mit
dem Schutzschild 11 der Vortriebsmaschine in der vorgenannten
Ausführungsform
kann die Fräsereinheit 14 gedreht
werden, indem die Hübe der
Schubzylinder 27a–27c für den Rotationsantrieb in
der vorbestimmten Reihenfolge gesteuert werden, so daß der Aufbau
der Fräserantriebseinheit 15 deutlich
vereinfacht werden kann. Weiterhin kann die Fräsereinheit 14 angetrieben
werden, ohne daß Präzisionsteile
oder Schmieröl,
wie es z.B. zum Schmieren des Ritzels und der Antriebsräder benötigt wird,
erforderlich sind.
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In
den 5–7 ist
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der eine kurbelartige Lagerwelle 42 mit
einer exzentrischen Welle 41 drehbar z.B. an der hinteren
(inneren) Seitenfläche
der Stirnwand 13 mittels einer in einer Lagerabdeckung 43 angeordneten
Lagerung 44 angebracht ist, wobei die Abdeckung 43 an
der Stirnwand 13 befestigt ist, wie speziell in 7 gezeigt. Diese
Lagerwelle 42 ist an einer frei wählbaren Position vorgesehen,
die kein Hindernis für
die Installation anderer Bauteile des Schutzschildes 11 darstellt.
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Genauer
gesagt ist, wie in den 5 und 6 gezeigt,
eine längliche
Kupplungsplatte 45 mit zwei Kupplungsenden an einem Kupplungsende
an dem hinteren Außenumfang
des vorgenannten Kurbelzapfens 25 der Kurbel 24 angebracht,
und es sind Träger 46a–46c am
Außenumfang
des einen Kupplungsendes der länglichen
Kupplungsplatte 45 in einzelnen Intervallen von im wesentlichen
120° in
Umfangsrichtung vorgesehen, und an diese Träger 46a–46c sind
die Kolbenstangen 32a–32c der
Vorschubzylinder 27a–27c durch
Bolzen 47 gekoppelt. Die Lagerwelle 42 ist an
das andere Kupplungsende der länglichen
Kupplungsplatte 45 gekoppelt, und diese Kupplungsplatte 45 wird
in bezug auf den Kurbelzapfen 25 immer in einer konstanten
Stellung gehalten. Somit ist die Kupplungsplatte 45 zwischen dem
Kurbelzapfen 25 und der Welle 42 angebracht.
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An
die Welle 42 ist, wie in den 6 und 7 gezeigt,
ein weiterer Schubzylinder 48 als rotationsunterstützendes
Mittel gekoppelt, und ein äußeres Ende
dieses Schubzylinders 48 ist mit einem weiteren Träger 49 verbunden,
der durch einen Bolzen 50 an dem Schildrumpf 12 angebracht
ist. Ein inneres Ende einer in den Schubzylinder 48 eingefügten Kolbenstange 51 ist
durch einen Bolzen an einen Träger 52 gekoppelt,
der am Außenumfang
der Kupplungsplatte 45 vorgesehen ist, die drehbar am Außenumfang
der exzentrischen Welle 41 vorgesehen ist. Weiterhin ist
in 7 ein Stopper 52' gezeigt, der verhindert, daß die Kupplungsplatte 45 von
der exzentrischen Welle 41 herunterrutscht und am hinteren
Ende der Welle 41 hinter der Platte 45 befestigt ist.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
wird die Welle 42 mittels des Schubzylinders 48 durch
die Kupplungsplatte 45 gedreht, um die Drehung der Kurbel 24 durch
die Schubzylinder 27a–27c durch diese
Welle 42 und die Kupplungsplatte 45 zu unterstützen und
gleichzeitig eine umgekehrte Drehung der Kurbel zu verhindern, so
daß der
Drehantrieb 20 auf gleichmäßige Weise gedreht werden kann.
Andere Bauteile und deren Funktionen in dieser Ausführungsform
sind die gleichen wie die in der vorhergehenden Ausführungsform
der 1 bis 4.
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In
einer anderen, in den 8 und 9 gezeigten
Ausführungsform
ist die längliche
Kupplungsplatte 45 an ihrem zentralen Kupplungsteil an
das hintere Ende der Kurbel 24 hinter der Drehantriebswelle 20 und
an beiden äußeren Kupplungsteilen drehbar
an die Außenumfänge der
exzentrischen Wellen 41 der Wellen 42 gekoppelt,
die auf der Rückseite
der Stirnwand 13 auf beiden Seiten der Drehantriebswelle 20 vorgesehen
sind. In der vorliegenden Ausführungsform
ist somit das hintere Ende der Kurbel 24 sowohl durch die
seitlichen Wellen 42 und die Kupplungsplatte 45 gelagert,
die sich zwischen diesen Wellen 42 erstreckt, ohne daß irgendein
solches rotationsunterstützendes
Mittel wie in der obigen Ausführungsform
vorgesehen sind, so daß die
Welle 20 stabil in einer festgesetzten Richtung gedreht
werden kann. Andere Bauteile und deren Funktionen sind die gleichen
wie die in der vorhergehenden Ausführungsform der 1 bis 4.
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In
einer anderen, in den 10 und 11 gezeigten
Ausführungsform
wird die Kurbel 24 durch vier Schubzylinder angetrieben,
nämlich
zwei Schubzylinder 27a und 27b, die an die drehbar
an den Außenumfang
des Kurbelzapfens 25 angebrachte Kupplungsplatte 26 gekoppelt
sind, und zwei weitere, drehbar an ein verlängertes Ende 26'' der Kupplungsplatte 26 gekoppelte
Schubzylinder 27c und 27d, wobei das verlängerte Ende 26'' drehbar am Außenumfang der exzentrischen
Welle der kurbelartigen Welle 42 vorgesehen ist.
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Das
bedeutet, wie in 10 gezeigt, daß die eine
Seite der Kupplungsplatte 26, die am Außenumfang des Kurbelzapfens 25 angebracht
ist, höher
geformt ist und das verlängerte
Kupplungsende 26'' der Kupplungsplatte 26,
das am Außenumfang
des exzentrischen Teils der Welle 42 angebracht ist, durch ein
hebelförmiges
Kupplungsteil an das höher
geformte Teil 27' gekoppelt
ist, wie in 11 gezeigt. Deswegen ist die
an dem Kurbelzapfen 25 vorgesehene Kupplungsplatte 26 und
das an der Welle 42 vorgesehene verlängerte Kupplungsende 26'' der Kupplungsplatte 26 jeweils
abweichend von der axialen Richtung des Kurbelzapfens 25 angeordnet,
das heißt
in der verlängerten
Richtung des Schildrumpfs 12, wie in 10 deutlich
zu sehen, so daß sich
sowohl die Schubzylinder 27a und 27b als auch
die anderen zwei Schubzylinder 27c und 27d gegenseitig nicht
behindern werden.
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Die
ersten zwei Schubzylinder 27a und 27b sind durch
Bolzen 54 mit den an dem Schildrumpf 12 angebrachten
entsprechenden Trägern 19a und 19b verbunden.
Die von den Schubzylindern 27a und 27b getragenen
Kolbenstangen 32a und 32b sind durch Bolzen 33 mit
den an der Kupplungsplatte 26 angebrachten Trägern 29a und 29b verbunden.
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Die
zwei Schubzylinder 27c und 27d sind durch Bolzen 34 mit
den an dem Schildrumpf 12 angebrachten Trägern 19c und 19d verbunden,
wogegen die von diesen Schubzylindern 27c und 27d getragenen
Kolbenstangen 32c und 32d durch Bolzen 54' mit den an
der Kupplungsplatte 26 angebrachten Trägern 53c und 53d verbunden
sind. Durch die Anordnung der entsprechenden Zylinder 27a–27c werden
sie in gleichen Abständen
angebracht, können aber
auch auf andere Art in Verbindung zu anderen Bauteilen innerhalb
des Schildrumpfs 12 angeordnet sein.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Anordnung nun so gestaltet, daß die Drehantriebswelle 20 durch
Ein- und Ausfahren der vier Schubzylinder 27a–27d gemäß einer
vorbestimmten Betriebsabfolge angetrieben wird, so daß die Kurbel 24 und
die Welle 42 synchron in die gleiche Richtung gedreht werden.
Die zwei Schubzylinder 27c und 27d haben ebenfalls
eine solche Hilfsfunktion für
eine gleichmäßige Drehung
der Kurbel 24 durch die Welle 42. Andere Bauteile
und deren Funktionen sind im wesentlichen die gleichen wie die in
den vorhergehenden Ausführungsformen.
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In
den 12 bis 14 ist
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der der Drehantrieb für die Fräsereinheit der
Vortriebsmaschine mehrere drehbar durch die Stirnwand verlaufenden
Fräserdrehwellen,
erste Kurbeleinheiten, die jeweils auf dem vorderseitigen Teil jeder
Fräserdrehwelle
vorgesehen sind, wobei die Fräsereinheit
an ihren Wellen durch vorderseitige Teile der ersten Kurbeleinheit
getragen wird, zweite Kurbeleinheiten, die jeweils auf dem rückseitigen
Teil jeder Fräserdrehwelle
vorgesehen sind, und mehrere Schubzylinder umfaßt, die an die entsprechenden zweiten
Kurbeleinheiten zur Übertragung
der Hübe
in einer vorbestimmten Reihenfolge gekoppelt sind, um deren Kurbelbewegung
zu bewirken und die Fräserdrehwellen
zu drehen, wobei die Fräsereinheit
durch die ersten Kurbeleinheiten dazu gebracht wird, eine parallele
Kurbelbewegung zur Abarbeitung des Untergrundes auszuführen.
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Genauer
gesagt ist die Vortriebsmaschine 10 in der vorliegenden
Ausführungsform
mit den ersten Kurbeleinheiten 61a–61d und den zweiten
Kurbeleinheiten 62a–62d für den Antrieb
der Fräsereinheit 14 versehen.
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Zusätzlich zu
den vielen auf der Arbeitsseite der Einheit angebrachten Fräserspitzen 22 kann
die Fräsereinheit 14 mit
einer Mehrzahl von Knetschwingen 22a auf der Rückseite
versehen sein. Wie aus der 13 deutlich
wird, umfassen die ersten Kurbeleinheiten 61a–61d die
entsprechenden Fräserwellen 64a–64d,
die jeweils mit einem Abstand von 90° in Umfangsrichtung angeordnet
sind. Weiterhin werden die ersten Kurbeleinheiten 61a–61d durch die
Lager 63a–63d der
Stirnwand 13 gelagert, die Kurbelarme 65a–65d sind
an vorderseitigen Teilen der entsprechenden Fräserdrehwellen 64a–64d angebracht,
und Fräserstützsäulen 66a–66d sind
als Kurbelwellen an vorderen Teilen der entsprechenden Kurbelarme 65a–65d abweichend
mit einer Exzentrizität
e' in bezug auf
die Fräserdrehwellen 64a–64d angebracht,
und die Fräsereinheit 14 wird
drehbar von zu den Stützsäulen 66a–66d gehörenden Kurbelzapfen
unterstützt.
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Die
zweiten Kurbeleinheiten 62a–62d umfassen die
entsprechenden Kurbelarme 62a–62d die an hinteren
Teilen der Fräserdrehwellen 64a–64d angebracht
sind, und Kurbelzapfen 67a–67d, die an den hinteren
Teilen der Kurbelarme 62a–62d abweichend mit
einer Exzentrizität
e'' in bezug auf die
Fräserdrehwellen 64a–64d angebracht
sind. Die Kupplungs platte 45 ist mit Lagern 68a–68d und
einer zentralen Öffnung 41 versehen.
Die Lager 68a–68d tragen
die Kurbelzapfen 67a–67d der
zweiten Kurbeleinheiten 62a–62d, und die zentrale Öffnung 41 ermöglicht das Durchführen der
Eingießvorrichtung
für den
Zusatzstoff, der hydraulischen Schläuche, der Sensorkabeln usw.
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Die
Schubzylinder 27a–27d tragen
die Kolbenstangen 32a–32d zur
Expansion und Kontraktion an den innenseitigen Enden der Zylinder
und sind durch Bolzen an den außenseitigen
Enden mit der Innenwand des Schildrumpfs 12 durch Befestigungsteile 70a–70d verbunden,
wogegen die innenseitigen Enden an die zweiten Kurbeleinheiten 62a–62d gekoppelt
sind. Das heißt,
die nach innen weisenden Enden der Kolbenstangen 32a–32d sind
durch Bolzen mit der Kupplungsplatte 45 verbunden. Weiterhin sind
die Schubzylinder 27a–27d jeweils
mit kontraktions- und expansionsseitigen Öffnungen versehen, wovon die
kontraktionsseitigen Öffnungen
durch hydraulische Schläuche 71a–71d mit
der Folgesteuerungsschaltung und die expansionsseitigen Öffnungen
durch hydraulische Schläuche 72a–72d mit
derselben Folgesteuerungsschaltung verbunden sind. Der Hydraulikdruckgenerator
umfaßt
eine hydraulische Pumpe oder eine Ventileinheit und ist so eingerichtet,
daß der
hydraulische Druck zu den jeweiligen Schubzylindern 27a–27d durch
die kontraktions- und expansionsseitigen Schläuche 71a–71d und 72a–72d und
die kontraktions- und expansionsseitigen Öffnungen der jeweiligen Zylinder
zugeführt
wird und daß weiterhin
der hydraulische Druck den Schubzylindern 17 zugeführt wird.
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Die
Folgesteuerungsschaltung ist so eingerichtet, daß die Umschaltung der Richtung
des den jeweiligen Schubzylindern 27a–27d zugeführten Drucks
gesteuert wird, die entsprechenden Kolbenstangen 32a–32d gemäß der vorbestimmten
Abfolge aus- oder eingefahren werden, so daß die Kupplungsplatte 45 in
einer vorbestimmten Richtung gedreht wird und damit die entsprechenden
Fräserdrehwellen 64a–64d durch
die zweiten Kurbeleinheiten 62a–62d gedreht werden.
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Die
Förderschnecke 16 ist
im Inneren des Schildrumpfs 12 angeordnet mit einer Einlaßöffnung, die
in die vordere Kammer 38 des Rumpfs 12 mündet, und
entlädt
den Aushub weiter hinten im Tunnel, während der vorbestimmte Druck
innerhalb der Kammer 38 mit dem Aushub gehalten wird, so
daß jeglicher
Einsturz an der Tunnelstirnseite verhindert wird.
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Andere
Bauteile und deren Funktionen sind die gleichen wie die in den vorhergehenden
Ausführungsformen,
und im wesentlichen sind die gleichen Elemente wie die in den vorhergehenden
Ausführungsformen
in den 12 bis 14 mit
den gleichen Bezugszeichen gezeigt.
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Im
folgenden wird nun die Arbeitsweise der Vortriebsmaschine 11 beschrieben.
Es wird angenommen, daß in
einem Ausgangszustand, wie am besten in 13 zu
sehen, die Fräsereinheit 14 in
ihrer oberen Position plaziert ist, das heißt in einem oberen Totpunkt,
und daß die
Kurbelzapfen 67a–67d der
zweiten Kurbeleinheiten 62a–62d genauso wie die
Kupplungsscheibe 45 ebenfalls im oberen Totpunkt positioniert
sind. In diesem Zustand befindet sich, wie aus 14 ersichtlich,
die Kolbenstange 32a des oben positionierten Schubzylinders 27a im Zustand
größtmöglicher
Kontraktion, die Kolbenstange 32b des seitlich positionierten
Schubzylinders 27b ist leicht nach oben geneigt in bezug
auf die horizontale Richtung und befindet sich in einem leicht kontrahierten
Zustand, die Kolbenstange 32c des unten positionierten
Schubzylinders 27c befindet sich im Zustand größtmöglicher
Expansion nach oben, und die Kolbenstange 32d des anderen
seitlich positionierten Schubzylinders 27d ist leicht nach
oben geneigt in bezug auf die horizontale Richtung und befindet
sich in einem leicht kontrahierten Zustand.
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Ausgehend
von diesem Ausgangszustand wird der vom Hydraulikdruckgenerator
erzeugte hydraulische Druck durch die Folgesteuerungsschaltung zur
kontraktionsseitigen Öffnung
im Schubzylinder 27a, zur expansionsseitigen Öffnung im
Zylinder 27b, ebenfalls zur expansionsseitigen Öffnung im
Zylinder 27c und zur kontraktionsseitigen Öffnung im Zylinder 27d zugeführt, so
daß die
Kolbenstange 32a des Schubzylinders 27a aus dem
kontrahierten Zustand leicht expandiert wird, die Stange 32b des
Zylinders 27b aus dem leicht kontrahierten Zustand weiter
kontrahiert wird, die Stange 32c des Zylinders 27c aus
dem Zustand größtmöglicher
Expansion nach oben leicht kontrahiert wird und die Stange 32d aus
dem leicht expandierten Zustand weiter leicht expandiert wird.
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Mit
dieser Steuerung wird die Kupplungsplatte 45 im Uhrzeigersinn
gemäß einem
Pfeil in 14 gedreht, die zweiten Kurbeleinheiten 62a–62d erreichen
die Kurbeldrehung durch die Drehung der Kupplungsplatte 45,
die Fräserdrehwellen 64a–64d werden
durch diese Drehung der zweiten Kurbeleinheiten 62a–62d gedreht,
die ersten Kurbeleinheiten 61a–61d werden dazu gebracht,
die parallele Kurbelbewegung durch die Fräserdrehwellen 64a–64d auszuführen, und
die Fräsereinheit 14 wird
in dieselbe Richtung um 90° mit
der parallelen Kurbelbewegung der ersten Kurbeleinheiten 61a–61d gedreht.
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Nach
einer solchen, wie oben beschriebenen 90°-Drehung der Fräsereinheit 14 betätigt die
Folgesteuerungsschaltung das Umschaltventil und fährt damit
fort, den hydraulischen Druck zur kontraktionsseitigen Öffnung im
Schubzylinder 27a, zur kontraktionsseitigen Öffnung im
Zylinder 27b, zur expansionsseitigen Öffnung im Zylinder 27c und
zur expansionsseitigen Öffnung
im Zylinder 27d zuzuführen,
so daß die
Kolbenstange 32a aus dem leicht expandierten Zustand weiter
expandiert wird, die Stange 32b aus dem kontrahierten Zustand
leicht expandiert wird, die Stange 32c aus dem leicht kontrahierten
Zustand kontrahiert wird und die Stange 32d aus dem expandierten
Zustand leicht kontrahiert wird, womit die Kupplungsplatte 45 dazu
gebracht wird, sich aus der 90°-Position
in 14 im Uhrzeigersinn zur 180°-Position zu drehen, die Fräserdrehwellen 64a–64d durch
die zweiten Kurbeleinheiten 62a–62d gedreht werden, ähnlich der
vorher beschriebenen Arbeitsweise, und die Fräsereinheit 14 aus
der 90°-Position in
derselben Richtung zur 180°-Position
durch die parallele Kurbelbewegung der ersten Kurbeleinheiten 61a–61d gedreht
wird.
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Nach
der 180°-Drehung
der Fräsereinheit 14 betätigt die
Folgesteuerungsschaltung das Umschaltventil und führt nun
den hydraulischen Druck jeweils zur expansionsseitigen Öffnung im
Vorschubzylinder 27a, weiterhin zur kontraktionsseitigen Öffnung im
Zylinder 27b, zur kontraktionsseitigen Öffnung im Zylinder 27c und
weiterhin zur expansionsseitigen Öffnung im Zylinder 27d,
so daß die
Kolbenstange 32a des Zylinders 27a aus dem expandierten Zustand
leicht kontrahiert wird, die Stange 32b aus dem leicht
expandierten Zustand weiter expandiert wird, die Stange 32c aus
dem kontrahierten Zustand leicht expandiert wird und die Stange 32d aus
dem leicht kontrahierten Zustand weiterhin kontrahiert wird, womit
die Kupplungsplatte 45 dazu gebracht wird, sich aus der
180°-Position
in 14 im Uhrzeigersinn zur 270°-Position zu drehen, die Fräserdrehwellen 64a–64d durch
die zweiten Kurbeleinheiten 62a–62d gedreht werden
und die Fräsereinheit 14 aus
der 180°-Position
in der gleichen Richtung zur 270°-Position
durch die parallele Kurbelbewegung der ersten Kurbeleinheiten 61a–61d gedreht
wird.
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Nach
der oben beschriebenen 270°-Rotation der
Fräsereinheit 14 fährt die
Folgesteuerungsanlage damit fort, den hydraulischen Druck weiterhin
zur expansionsseitigen Öffnung
im Vorschubzylinder 27a, zur expansionsseitigen Öffnung im
Zylinder 27b, weiterhin zur kontraktionsseitigen Öffnung im
Zylinder 27c und auch zur kontraktionsseitigen Öffnung im
Zylinder 27d zuzuführen,
so daß die
Kolbenstange 32a aus dem leicht kontrahierten Zustand kontrahiert wird,
die Stange 32b aus dem expandierten Zustand leicht kontrahiert
wird, die Stange 32c aus dem leicht expandierten Zustand
expandiert wird und die Stange 32d aus dem kontrahierten
Zustand leicht expandiert wird, womit die Kupplungsplatte 45 dazu
gebracht wird, sich aus der 270°-Position im Uhrzeigersinn
gemäß 14 zur
360°-Position
zu drehen, die Fräserdrehwellen 64a–64d durch
die zweiten Kurbeleinheiten 62a–62d gedreht werden
und die Fräsereinheit 14 aus
der 270°-Position
in der gleichen Richtung zur 360°-Position durch die
parallele Kurbelbewegung der ersten Kurbeleinheiten 61a–61d gedreht
wird.
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Die
vorhergehende Arbeitsweise ist ein Zyklus der Drehung der Fräsereinheit.
Dieser Zyklus wird wiederholt, um die Fräsereinheit 14 durch
die parallele Kurbelbewegung zu drehen, die Fräsereinheit 14 wird
mit der Maschine 11 durch die Schildvortriebsschubzylinder 17 vorangetrieben,
das tunnelstirnseitige Erdreich wird durch die Fräserspitzen 22 ausgehoben,
und der Aushub wird in der Kammer 38 untergebracht. Wenn
es die Situation erfordert, wird zu dem Aushub in der Kammer 38 ein
viskositätssteigernder
Stoff durch den Kanal 37 und die Öffnung 36 zum Ausstoß des Stoffes
dazugegossen, und die Erde und der Stoff werden beim Kneten durch
die an der Fräsereinheit 14 angebrachten
Knetschwingen 22a vermischt. Währenddessen wird der Schutzschild 11 durch
die Schubzylinder 17 mit der an den Segmenten 40 abgestützten Rückstoßkraft vorangetrieben,
um den Aushub in der Kammer 38 zusammenzudrücken und
einen Einsturz des tunnelstirnseitigen Erdreichs zu verhindern.
Während
somit ein vorbestimmter Druck in der Kammer 38 gehalten wird,
wird der Aushub durch die Förderschnecke 16 entladen.
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Nach
Vortrieb über
eine bestimmte Strecke werden als nächstes die Segmente 40 am
Heck der Maschine 10 zusammengefügt. Nach Wunsch wird ein Auffüllmaterial
durch eine Auffüllgießeinrichtung in
die Lücke
zwischen dem Äußeren der
Maschine 10 und der gerade ausgehobenen Tunnelwand des
Untergrunds G gegossen. Diese beschriebenen Vorgänge werden wiederholt, und
die Maschine wird vorangetrieben.
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In
einer anderen, in den 15 und 16 gezeigten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Kupplungsplatte 45 so
ausgebildet, daß sie
als Gegengewicht dient, und die Kurbelarme 62 auf der Seite
der zweiten Kurbeleinheit sind so beschaffen, daß sie sich entgegen der Richtung
der Kurbelarme 65 auf der Seite der Fräsereinheit 14 erstrecken,
das heißt
auf der Seite der ersten Kurbeleinheit, so daß jeglicher Drehmomentverlust
aufgrund des Gewichts der Fräsereinheit 14 zu
der Zeit, wenn sich die Fräsereinheit 14 während der
Drehung von der unteren Position zur oberen Position verlagert,
abgefangen werden kann. Die Masse des Gegengewichts sollte möglichst
so groß sein,
daß es möglich ist,
im wesentlichen das gleiche Moment zu erhalten wie das, das durch
Multiplikation des Gewichts der Fräsereinheit mit der Exzentrizität erzielt wird.
Abhängig
vom Montageradius der Kurbelarme zur Kupplungsplatte muß das Gegengewicht
nicht immer im wesentlichen so groß sein wie das der Fräsereinheit.
Außerdem
ist es optimal, wenn die Wirkung des Gegengewichts der Kupplungsplatte
durch ein separates, an der Platte angebrachtes Gewicht aus Blei
oder ähnlichem
zugeführt
wird. Mit dieser Anordnung kann die Last an den Vorschubzylindern für die Fräsereinheit 14 minimiert
werden, und es wird möglich,
eine gleichmäßige Drehbewegung
mit einem gut ausbalancierten Aufbau zu erreichen.
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Andere
Bauteile und deren Funktionen sind die gleichen wie in den vorhergehenden
Ausführungsformen,
und im wesentlichen sind die gleichen Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen in den 15 und 16 bezeichnet.