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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Grabvorrichtung, um einen Kanal
vorbestimmten Querschnittes im Untergrund in einer Grabungsrichtung
zu bilden, mit einer Anordnung von Strahlgrabeinheiten, die zusammen
den Querschnitt des Kanales definieren und jede mit zumindest einer
Strahlvorrichtung versehen sind, die mit Strahlflüssigkeit
betrieben werden kann. Die Strahlflüssigkeit, beispielsweise Wasser,
die aus den Strahlvorrichtungen ausströmt, wird auf den verhältnismäßig weichen
Untergrund gerichtet, der ausgegraben werden soll und der beispielsweise
aus Lehm, Sand oder Torf oder einer Kombination hieraus bestehen
kann. Im Ergebnis wird der Untergrund aufgebrochen und mit der Strahlflüssigkeit
vermischt, wonach die erhaltene Mischung entfernt werden kann.
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Die
EP-A-0 890 708 offenbart eine Grabvorrichtung, die eine Mehrzahl
von Strahlgrabeinheiten aufweist, die sich aneinander anschließen. In
der Strahlgrabeinheit ist eine rotierende Strahlvorrichtung vorgesehen,
die Strahlflüssigkeit
unter hohem Druck auf den Untergrund spritzt, der auszugraben ist,
welcher im Ergebnis gebrochen wird. Während die Strahlgrabvorrichtung
in der Grabungsrichtung durch den Untergrund hindurch gezogen wird,
wird der Kanal hinter der Strahlgrabeinheit, welcher durch die Strahlvorrichtung
ausgegraben ist, mit einem härtbaren
Material gefüllt.
Auf diese Weise wird im Untergrund eine Wand ausgebildet. Jedwede
gewünschte
Form kann für
den im Untergrund auszubildenden Kanal gewählt werden, indem eine Anzahl Strahlgrabeinheiten
in gewünschter
Weise relativ zueinander angeordnet wird.
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Die
bekannte Grabvorrichtung liefert beträchtliche Nachteile in Verbindung
mit der Art und Weise, in der das Graben gesteuert wird. Aufgrund der
Zunahme des Erddruckes, wenn die Tiefe im Untergrund zunimmt, hat
die bekannte Grabvorrichtung, eine verhältnismäßig homogene Zusammensetzung des
Erdreiches vorausgesetzt, die Neigung, sich nach vorn zu neigen,
weil bei einer Grabvorrichtung dieser Art, die sich über einen
tiefen Bereich erstreckt, der untere Teil von dem zu grabenden Erdreich
einen größeren Widerstand
erfährt
als der darüber
befindliche Teil. Demzufolge neigt der Vorschub des unteren Teiles
dazu, hinter dem Vorschub des oberen Teiles zurückzubleiben.
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Die
rotierende Strahlvorrichtung hat den Nachteil, dass sie eine Mehrzahl
beweglicher Teile aufweist, beispielsweise einen Motor und Lager,
die Störungen
oder Verschleiß ausgesetzt
sind. Ferner ist die Strahlgrabvorrichtung, während die Wand ausgebildet
wird, für
Wartungs- oder Reparaturzwecke nicht zugänglich. Folglich ist die Grabvorrichtung nicht
zuverlässig.
Eine weitere Komplikation ist, dass unter natürlichen Bedingungen die Zusammensetzung
des Erdreiches fast immer sich in der Grabungsrichtung und/oder über den
Querschnitt des zu grabenden Kanales verändert, insbesondere wenn unter
einem Hang gegraben wird und es sehr wahrscheinlich ist, dass es
nötig ist,
durch verschiedene Erdschichten hindurch zu schneiden. Die Strahlvorrichtungen
einer oder verschiedener Strahlgrabeinheiten schneiden dann gleichzeitig
durch unterschiedliche Arten von Erdreich, beispielsweise Lehm und
Sand, die unterschiedliche Kohäsionseigenschaften
besitzen und somit unter unterschiedlichen Strahlbedingungen aufbrechen.
Die Veränderungen in
der Art des Erdreiches können
nicht genau vorausgesagt werden, selbst wenn eine ausgedehnte und detaillierte
Analyse des Erdreiches ausgeführt
wird. Der Widerstand, dem die Mehrzahl zueinander benachbarter Strahlgrabeinheiten
durch unterschiedliche Arten von Erdreich während der Grabung ausgesetzt
ist, variiert, beispielsweise deswegen, weil eine erste Strahlgrabeinheit
das vor ihr befindliche Erdreich schneller und leichter ausgräbt als eine
zweite Strahlgrabeinheit der glei chen Grabvorrichtung. Folglich
kann die erste Strahlgrabeinheit zuviel Erdreich ausgraben, mit
dem Ergebnis, dass die Stabilität
der Grabungsfront gefährdet
wird. Außerdem
findet ein Setzen statt, was zum Absinken beim Grundniveau führt.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Grabvorrichtung mit einer Mehrzahl
zueinander benachbarter Strahlgrabeinheiten besteht darin, dass
Hindernisse, denen man sich während
des Grabens gegenüber
sieht (beispielsweise Bombenblindgänger oder felsartige Objekte,
die nicht zerteilt werden können),
schwierig zu entfernen sind. Es ist gewöhnlich unmöglich, das Hindernis aus der
Bahn des zu grabenden Kanales heraus zu bewegen, und demzufolge
muß der
Grabungsprozeß unterbrochen
werden, und das Hindernis muß aus
der Bahn des Kanals herausgebracht werden, um vom Erdbodenniveau
ausgegraben zu werden, da die Grabungsfront vor der Grabvorrichtung
auf keine andere Weise zugänglich ist.
Dies ist zeitraubend und teuer und erzeugt auch Probleme für die Umgebung
oberhalb des Erdbodenniveaus. Im besonderen Falle, wo das Hindernis
gegenüber
der Bahn des zu grabenden Kanales versetzt ist, kann dies hohe örtliche
Kräfte
nach sich ziehen, die zu einer Beschädigung der Grabvorrichtung führen.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Grabvorrichtung zur
Verfügung
zu stellen, die die oben dargelegten Nachteile in einem hohen Maße aus der
Welt schafft.
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Zu
diesem Zweck sieht die Erfindung eine Grabvorrichtung der im Eingangsteil
der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Art vor, die zumindest
einen Sensor, der mit zumindest einer der Strahlgrabeinheiten verbunden
ist, um eine Kraft zu messen, die auf die zumindest eine Strahlgrabeinheit durch
den Untergrund im wesentlichen parallel zur Grabungsrichtung ausgeübt wird,
sowie ein Steuermittel aufweist, um das Graben durch die Grabvorrichtung
auf Grundlage der Kraft zu steuern, die durch den zumindest einen
Sensor gemessen ist.
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Die
erfindungsgemäße Grabvorrichtung
hat den Vorteil, dass die Kraft von der Strahlgrabeinheit auf die
Partikel des Erdreiches teils über
Wasserdruck und teils mechanisch übertragen wird, was die Benutzung
einer Grabungsflüssigkeit überflüssig macht.
Dies spart Kosten für
die Flüssigkeit
und die hierfür
erforderlichen Einrichtungen ein und liefert auch ausgegrabenes
Erdreich, das leichter wieder verwendet werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Grabungsprozeß, der durch
ein System von Strahlgrabeinheiten durchgeführt wird, erfolgreich gemanagt
werden kann und dass eine bessere Steuerung der Grabvorrichtung
erhalten werden kann. Das durch die einzelnen Strahlgrabeinheiten durchgeführte Graben
kann gesondert aktiviert werden, auf Grundlage von Kräften, die
lokal im Querschnitt des Kanales gemessen sind, mit dem Ergebnis,
dass sich die Grabvorrichtung längs
einer gewünschten
Bahn genau und gesteuert bewegen kann, um beispielsweise sicher
zu stellen, dass die Anordnung der Strahlgrabeinheiten sich gleichzeitig bewegt.
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In
dem Fall von Änderungen
in der Art des Erdreiches, welche bereits bekannt sind, beispielsweise
aus einer Analyse des Erdreiches, ist es auch möglich, dass man den Pegel der
Kraft entsprechend der speziellen Natur des Erdreiches örtlich einstellt.
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Außerdem ist
es bei der Grabvorrichtung gemäß der Erfindung
nicht erforderlich, Messungen der Durchflußrate und der Konzentration
der Erdreichmischung durchzuführen,
die von jeder Grabeinheit abgegeben wird, weil eine Kraftmessung
ausgeführt wird,
anstatt das Erdreichgleichgewicht laufend aufrecht erhalten zu müssen. Die
Tatsache, dass es nicht mehr erforderlich ist, die Konzentration
und die Erdreichmischung zu messen, führt in besonderem Maße zu beträchtlichen
Verbesserungen der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit.
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Da
das Graben mittels der Strahlvorrichtungen der erfindungsgemäßen Grabvorrichtung
auf einer örtlichen
Basis angepaßt
wird, d. h. für
jede Strahlgrabeinheit oder für
jede Strahlvorrichtung an den erwünschten oder möglichen
Vorschub, wird die Verwendung von Energie und Strahlflüssigkeit
minimiert, was zu wirtschaftlichen und die Umwelt betreffenden Vorteilen
führt.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Grabvorrichtung gemäß der Erfindung
sind die Steuermittel dazu eingerichtet, die Durchflußrate der Strahlflüssigkeit
einzustellen, die in zumindest einer der Strahlvorrichtungen benutzt
wird. Auf diese Weise ist es einfach, das Graben durch die Strahlvorrichtung
einzustellen. Vorzugsweise wird die Durchflußrate der zumindest einen Strahlvorrichtung
der Strahlgrabeinheit eingestellt, die mit dem zumindest einen Sensor
verbunden ist. Dies macht das Steuermittel einfach implementierbar,
weil es nicht erforderlich ist, die Möglichkeit in Rechnung zu setzen,
dass verschiedene Strahlgrabeinheiten einander beeinflussen.
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Vorzugsweise
sind die Steuermittel dazu eingerichtet, die Durchflußrate der
Strahlflüssigkeit
der zumindest einen Strahlvorrichtung zu erhöhen oder zu verringern im Falle
einer Zunahme bzw. Abnahme der Kraft, die durch den zumindest einen
Sensor gemessen ist. Dies hat den Vorteil, dass der Widerstand,
der auf die Grabvorrichtung vom Erdreich während des Grabens ausgeübt wird,
in einem zulässigen
Bereich gehalten werden kann. Vorzugs weise kann die Einstellung
der Durchflußrate
der Strahlflüssigkeit
der zumindest einen Strahlvorrichtung variiert werden, kann beispielsweise
kontinuierlich oder schrittweise variiert werden, zwischen einem
vorbestimmten Mindestpegel und einem vorbestimmten Höchstpegel.
Im Ergebnis ist für
den Widerstand, der der Grabvorrichtung während des Grabens entgegengesetzt
wird, eine kontinuierliche Anpassung möglich, so dass die ursprünglichen
horizontalen Spannungen im Erdreich so wenig wie möglich beeinträchtigt werden
und Setzungen, die zum Absinken des Erdbodenniveaus führen, verhindert
sind. Um die erwünschten
horizontalen Erdreichspannungen einzustellen sind die Steuermittel
vorzugsweise dazu eingerichtet, um beispielsweise kontinuierlich oder
in Schritten die Durchflußrate
der Strahlflüssigkeit
der zumindest einen Strahlvorrichtung der zumindest einen Strahlgrabeinheit
zwischen einem vorbestimmten Mindestwert und einem vorbestimmten Höchstpegel
auf Basis der Kraft zu variieren, die durch den zumindest einen
Sensor gemessen ist, der mit der zumindest einen Strahlgrabeinheit
verbunden ist.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Grabvorrichtung gemäß der Erfindung
sind die Steuermittel dazu eingerichtet, um Strahlflüssigkeit zu
der zumindest einen Strahlvorrichtung von zumindest einer der Strahlgrabeinheiten
zuzuführen,
wo die Kraft einen definierten Pegel übersteigt, und um die Zufuhr
von Strahlflüssigkeit
auf einen Minimalwert zu begrenzen, wenn die Kraft unter den besagten
Pegel abfällt.
Die Steuermittel ermitteln die Kräfte, die am Ort der betreffenden
Strahlgrabeinheiten an der Grabungsfront auftreten, und verwenden
die relevanten Daten dazu, die Strahlgrabeinheit oder die Einheiten
auszuwählen,
wo die Kraft einen definierten Pegel übersteigt, oder die Strahlgrabeinheit, wo
die Kraft am Größten ist.
Sodann werden lediglich die eine oder die mehreren ausgewählten Strahlgrabeinheiten
mit der Strahlflüssigkeit
versorgt, wie es erforderlich ist, in nerhalb festgelegter Grenzen,
und die weiteren Strahlgrabeinheiten werden mit lediglich wenig
oder keiner Strahlflüssigkeit
versorgt. An der einen oder den mehreren ausgewählten Strahlgrabeinheiten führt ein
Verfahren dieser Art dazu, dass die Kraft unter einen vorbestimmten
Pegel über
den Zeitverlauf abfällt.
Die Zufuhr der Strahlflüssigkeit
zu der einen oder den mehreren ausgewählten Strahlgrabeinheiten wird
dann auf ein Mindestmaß herabgesetzt
oder sogar unterbrochen. Dann wählen
die Steuermittel wiederum die Strahlgrabeinheit oder die Einheiten
aus, wo die Kraft einen festgelegten Pegelwert in diesem Moment überschreitet,
oder die Strahlgrabeinheit, wo die Kraft zu diesem Zeitpunkt am
Größten ist,
und lediglich die ausgewählte
eine oder die mehreren Strahlgrabeinheiten werden mit Strahlflüssigkeit
versorgt usw..
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Auf
diese Weise wird die Strahlflüssigkeit hauptsächlich zu
der einen oder den mehreren Strahlgrabeinheiten geführt, wo
sie am nötigsten
ist, und keinerlei Strahlflüssigkeit
wird länger
als es nötig ist
auf Grundlage der gemessenen Kraft zugeführt. Auf diese Weise wird die
für das
Strahlgraben erforderliche Energie auf einen Mindestwert verringert und
an die vorherrschenden Erdreichsbedingungen angepaßt. Wenn
die Gesamtmenge der für
die Grabvorrichtung benötigten
Strahlflüssigkeit
die Höchstkapazität des Zuführsystems
für Strahlflüssigkeit überschreitet,
stellen die Steuermittel sicher, dass die Geschwindigkeit der Grabvorrichtung
in der Grabungsrichtung verringert wird, mit dem Ergebnis, dass
die Menge an erforderlicher Strahlflüssigkeit verringert wird. Wenn
die Gesamtmenge der benötigten
Strahlflüssigkeit
kleiner ist als die Höchstkapazität des Zuführsystems
für Strahlflüssigkeit,
kann die Geschwindigkeit der Grabvorrichtung erhöht werden, bis die Menge an
erforderlicher Strahlflüssigkeit
im wesentlichen gleich der Höchstkapazität des Zuführsystems
für Strahlflüssigkeit
ist.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
sämtliche
Strahlvorrichtungen über
eine Leitung, in die ein steuerbares Ventil eingebaut ist, von einer Strahlpumpe
versorgt, die eine konstante Durchflußrate von Strahlflüssigkeit
liefert, wobei ein Teil des Stromes der Strahlflüssigkeit, welcher nicht durch
die versorgten Strahlvorrichtungen aufgenommen wird, über zumindest
eine Systemleitung, in die ein steuerbares Ventil eingebaut ist,
in einen Raum der Strahlgrabeinheiten abfließt. Auf diese Weise wird der
Gesamtstrom der Strahlflüssigkeit,
der der Grabvorrichtung zugeführt
wird, nicht durch die Menge an Strahlflüssigkeit beeinflußt, die
zu einem gegebenen Zeitpunkt die durch eine oder die mehreren Strahlgrabeinheiten
benutzt wird. Der Strom der Strahlflüssigkeit/Erdreich-Mischung,
der abgeführt
werden soll, ist ebenfalls konstant. Wenn die Art des Erdreiches
so ist, dass die Höchstkapazität des Zuführsystems
für Strahlflüssigkeit
für eine
oder mehrere Strahlgrabeinheiten benötigt wird, verläuft der
Gesamtstrom an Strahlflüssigkeit,
der von der Strahlpumpe erzeugt wird, zu der einen oder den mehreren
Strahlgrabeinheiten, und es ist keine Strahlflüssigkeit vorhanden, die durch
die Systemleitung fließt.
In dem anderen Extremfall, bei dem keine der Strahlgrabeinheiten Strahlflüssigkeit
benötigt,
fließt
der gesamte von der Strahlpumpe erzeugte Strom über die Systemleitung zu einem
Raum der Strahlgrabeinheiten.
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Vorzugsweise
sind die Steuermittel dazu eingerichtet, das steuerbare Ventil in
der zumindest einen Systemleitung in der Weise einzustellen, dass ein
für die
Strahlpumpe eingestellter Lieferdruck marginal höher ist als der für die Strahlvorrichtungen
erforderliche Maximaldruck. Wegen des auf diese Art veränderlichen
Systemdruckes ist der Lieferdruck der Strahlpumpe nicht (viel) höher als
es unbedingt erforderlich ist, was zu einem minimalen Druckabfall (und
daher einem geringen Energieverbrauch) an den steuerba ren Ventilen
in den Leitungen führt,
die zu den Strahlgrabeinheiten hin verlaufen.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die Grabvorrichtung eine Antriebsvorrichtung auf, um die Grabvorrichtung
im wesentlichen in der Grabungsrichtung zu verschieben, welche Antriebsvorrichtung
vorzugsweise durch die Steuermittel gesteuert ist. Dies ergibt den
Vorteil, dass die Antriebskraft und die Geschwindigkeit, mit der
das Graben ausgeführt
wird, an den Gesamtwiderstand angepaßt werden können, dem die Grabvorrichtung
während
des Grabens des auszugrabenden Erdreiches ausgesetzt ist.
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Vorzugsweise
sind die Steuermittel dazu eingerichtet, die gegenwärtige Menge
an Strahlflüssigkeit
zu messen, die für
die Anordnung von Strahlgrabeinheiten erforderlich ist, und um die
Geschwindigkeit der Antriebsvorrichtung an den für die Anordnung der Strahlgrabeinheiten
verfügbaren
Strom an Strahlflüssigkeit
anzupassen.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die Grabvorrichtung eine Trägerstruktur auf, die die Strahlgrabeinheiten
trägt,
was die Ausführung
der Messung der auf die Strahlgrabeinheiten einwirkenden Kraft einfach
macht. Vorzugsweise kann ein Teil der Trägerstruktur für den Zweck der
Herausnahme zumindest einer der Strahlgrabeinheiten entfernt werden.
Dies ist insbesondere in dem Fall erforderlich, dass beispielsweise
die Grabvorrichtung gewartet wird oder falls die Grabvorrichtung
an einem Hindernis blockiert wird, das sich vor einer oder mehreren
der Strahlgrabeinheiten befindet. Anders als bei der bekannten Grabvorrichtung muß das Hindernis
nicht aus der Bahn des zu grabenden Tunnels heraus verschoben werden,
um vom Erdbodenniveau ausgegraben oder entfernt zu werden.
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Die
erfindungsgemäße Grabvorrichtung braucht
einfach abgeschaltet und örtlich
demontiert zu werden. Die verhältnismäßig kleine Öffnung in
der Rückseite
der Grabvorrichtung, die durch die örtliche Demontage gebildet
wird, ist klein, so dass die Stabilität der Grabungsfront weitgehend
sichergestellt werden kann. Dies führt zu einer schnellen, sicheren und
wirksamen Entfernung von Hindernissen.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Trägerstruktur
mit Fächern
versehen, die die Strahlgrabeinheiten im wesentlichen vollständig umgeben.
Dies führt
zu einem einfachen Aufbau der Strahlgrabeinheiten, und die Trägerstruktur
kann bestimmte Funktionen der Strahlgrabeinheiten übernehmen.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann eine oder mehrere der Strahlgrabeinheiten relativ zu der Trägerstruktur
im wesentlichen parallel zur Grabungsrichtung mit Hilfe einer Verschiebevorrichtung
verschoben werden, die vorzugsweise einen Arbeitszylinder aufweist.
Es ist somit möglich,
die Strahlgrabeinheiten in der Grabungsrichtung eine nach der anderen
oder Gruppe um Gruppe relativ zu der Trägerstruktur und den anderen
Strahlgrabeinheiten nach vorn zu bewegen. In diesem Fall wird in
erster Linie der Widerstand überwunden,
der vom Erdreich einer einzelnen Strahlgrabeinheit oder einer Gruppe
von Strahlgrabeinheiten entgegengesetzt wird, während die Strahlgrabeinheit oder
die Einheiten mit ihren in Betrieb befindlichen Strahlvorrichtungen
vorwärts
bewegt wird/werden, und sodann wird der Widerstand überwunden,
der von dem Erdreich einer anderen Strahlgrabeinheit, anderen Gruppen
von Strahlgrabeinheiten und/oder der Trägerstruktur entgegengesetzt
wird, während sie
nach vorwärts
bewegt wird. Bei einem Verfahren dieser Art ist eine verringerte
Antriebskapazität
der Grabvorrichtung (deren Antriebsvorrichtung) sowie eine verringerte
Durchflußrate
bei den Strahlvorrichtungen ausreichend, weil in diesem Fall die
Strahlgrabeinheiten nicht sämtliche
gleichzeitig in der Grabungsrichtung nach vorn bewegt werden und
die Strahlvorrichtungen nicht sämtliche
gleichzeitig in Betrieb sind.
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Wenn
die Strahlgrabeinheiten gesondert voneinander, im wesentlichen parallel
zur Grabungsrichtung, über
einen festgesetzten Weg relativ zur Trägerstruktur bewegt werden können, können Hindernisse
im Untergrund zumindest teilweise ausgegraben werden, indem man
die Strahlgrabeinheiten, die außerhalb
des Bereiches eines Hindernisses gelegen sind, eine vorgeschobene
Position relativ zu der Trägerstruktur
einnehmen läßt und indem
man die Strahlgrabeinheiten, die innerhalb des Bereiches des Hindernisses
gelegen sind, eine Position einnehmen läßt, die so weit wie möglich. hinter
der Trägerstruktur
gelegen ist, bis eine weitere Bewegung der Grabvorrichtung durch
das Hindernis blockiert wird. Dann wird das Hindernis, um das bereits
teilweise herum gegraben worden ist, in der oben angegebenen Weise
entfernt.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die zumindest eine Strahlvorrichtung von zumindest einer Strahlgrabeinheit
dazu eingerichtet, einen Strahl von Strahlflüssigkeit in einer festgelegten Richtung
auszustoßen.
Die Maßnahme
bedeutet, dass die Strahlvorrichtung keinerlei bewegliche Teile aufweist
und wenig Wartung erfordert und dass geringer Verschleiß auftritt.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Strahlflüssigkeitsstrahl,
welcher in einer festgelegten Richtung von einer Strahlvorrichtung
ausgestoßen
wird, in einem Winkel zu der Grabungsrichtung gerichtet, was es
ermöglicht,
dass das Erdreich wirksam aufgebrochen und abgeführt wird. Insbesondere ist
der Flüssigkeitsstrahl,
welcher in einer festgelegten Richtung von einer Strahlvorrichtung
ausgestoßen
wird, nach hinten geneigt, gesehen in der Grabungsrichtung und in
der Richtung der Schwerkraft (bei einer im wesentlichen horizontalen
Grabungsrichtung). Dies stellt sicher, dass das Erdreich effektiv
aufgebrochen und abgeführt
wird.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist zumindest eine der Strahlgrabeinheiten eine Anzahl von Strahlvorrichtungen
auf, deren Strahlflüssigkeitsstrahlen
in unterschiedlichen, festgelegten Richtungen ausgelegt sind. Dies
ermöglicht
es, das Erdreich über
den gesamten Querschnitt der Strahlgrabeinheit zu graben.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist es insbesondere möglich,
die Strahlvorrichtung einer Strahlgrabeinheit intermittierend zu
betreiben, und insbesondere im Wechsel, wobei jede Strahlvorrichtung beispielsweise
einen Bereich des Querschnittes der Strahlgrabeinheit deckt. In ähnlicher
Weise können die
Strahlvorrichtungen verschiedener Strahlgrabeinheiten intermittierend
betrieben werden, insbesondere abwechselnd. Versuche haben gezeigt,
dass Strahlgraben, das intermittierend ausgeführt wird, die Wirksamkeit der
Strahlvorrichtung nicht verringert, verglichen mit einer Strahlvorrichtung,
die einen kontinuierlichen Strom an Strahlflüssigkeit ausstößt. Jedoch
besteht ein wesentlicher Vorteil des intermittierenden Betriebes
von Strahlvorrichtungen darin, dass die Durchflußrate benötigter Strahlflüssigkeit, die
in einem kontinuierlichen Strom zugeführt und über steuerbare Ventile verschiedenen
Strahlvorrichtungen zugeleitet wird, beträchtlich verringert ist.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist zumindest eine der Strahlvorrichtungen an einer Seitenwand der
zumindest einen Strahlgrabeinheit angeordnet, und der Strahlflüssigkeitsstrahl,
welcher in einer fest gelegten Richtung von der zumindest einen Strahlvorrichtung
ausgestoßen wird,
ist im wesentlichen quer zur Grabungsrichtung gerichtet.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die zumindest eine Strahlvorrichtung einer Grabeinheit zumindest
ein Rohr auf, das sich im wesentlichen in der Grabungsrichtung erstreckt
und an seinem Umfang mit zumindest einer Austrittsöffnung versehen
ist. Insbesondere ist das Rohr zentral in der Strahlgrabeinheit
angeordnet und weist eine Anzahl Austrittsöffnungen auf, die in einem Abstand
voneinander angeordnet sind, gesehen in der Längsrichtung des Rohres, und
in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind, gesehen in Umfangsrichtung
des Rohres. Die Strahlvorrichtung kann verschiedene Rohre dieser
Art aufweisen, die zentral in der Strahlgrabeinheit angeordnet sind,
oder kann, um das gleiche Ergebnis zu erzielen, ein einzelnes Rohr
aufweisen, das im Inneren mittels lang gestreckter Trennwände in gesonderte
Durchgänge
unterteilt ist, wobei zumindest eine Austrittsöffnung sich an jeden der gesonderten
Durchgänge
anschließt. Wenn
die Austrittsöffnungen
Strahlflüssigkeitsstrahlen
ausstoßen,
die von solcher Art sind, dass jeder Strahlflüssigkeitsstrahl einen Teil
des Querschnittes deckt, gesehen von der Vorderseite der Strahlgrabeinheit,
und dass sämtliche
der Strahlflüssigkeitsstrahlen
zusammen den gesamten Querschnitt decken, dann wird der komplette
Querschnitt des Erdreiches, welcher in die Strahlgrabeinheit eintritt,
aufgebrochen. Die Form der dreidimensionalen Schnittfläche kann
so variiert werden, dass der Schneidprozeß so effizient wie möglich gemacht
wird. Die Größe der Austrittsöffnung wird
entsprechend der Größe des Querschnittsteiles
gewählt,
welcher durch die fragliche Austrittsöffnung gegraben werden soll. Durch
aufeinanderfolgendes Zuführen
von Strahlflüssigkeit
zu verschiedenen Rohren oder Durchgängen mittels steuerbarer Ventile
wird ein intermittierender Strom von Strahlflüssigkeit an der zumindest einen Austrittsöffnung erzeugt,
die mit einem Rohr oder Durchgang verbunden ist, und verschiedene
Teile des Querschnittes werden nacheinander durch die Strahlgrabeinheit überdeckt.
Durch Variieren der Reihenfolge, in der Medium aus den verschiedenen Rohren
oder Durchgängen
ausströmt,
ist es möglich, die
Effizienz des Grabungsprozesses anzupassen.
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Vorzugsweise
ist zumindest eine Strahlgrabeinheit mit Mitteln versehen, in denen
die zumindest eine Strahlvorrichtung lösbar befestigt ist. Dies hat den
Vorteil, dass die Strahlvorrichtung einfach in die Strahlgrabeinheit
eingesetzt und aus dieser heraus genommen werden kann, beispielsweise
zu Wartungszwecken. Für
diesen Zweck weist die Strahlvorrichtung vorzugsweise einen Durchgang
in einer Rückwand
der Strahlgrabeinheit auf, um die Strahlvorrichtung in die Strahlgrabeinheit
einzuführen,
wobei ein Absperrmittel vorgesehen ist, um die Druckdifferenz zwischen
den Bereichen vor und hinter der Strahlgrabeinheit zu überbrücken, wenn
die Strahlvorrichtung entfernt wird. Es ist dann nicht mehr erforderlich,
den Druck vor und hinter der Strahlgrabeinheit auszugleichen, bevor
die Strahlvorrichtung entfernt werden kann.
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Bei
den bekannten Grabvorrichtungen mit Schaufelrad-Grabvorrichtungen
kann keine Sonde, die die Art des Erdreiches vor der Grabvorrichtung
ermittelt, während
des Grabungsprozesses benutzt werden, sondern lediglich dann, wenn
die Grabvorrichtung sich im Stillstand befindet. Gemäß dem Stand
der Technik muß die
Sonde entfernt werden, bevor die Grabvorrichtung eingeschaltet wird.
Daher ist keine kontinuierliche Vorhersage der Art des Untergrundes
möglich.
Außerdem
ist es unmöglich,
eine fortlaufende Warnung vor Hindernissen vorzusehen. Es besteht
eine erhöhte
Gefahr, dass Hindernisse erst gemeldet werden, nachdem die Grabvorrichtung stecken
geblieben ist, was das Ausmaß an
Verschleiß erhöht und Beschädigung verursachen
kann, insbesondere wenn es sich bei dem Hindernis um einen Blindgänger eines
Sprengkörpers
handelt. Im Gegensatz hierzu weist die Grabvorrichtung bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zumindest eine Sonde auf, die dazu eingerichtet ist, die
Art des Erdreiches in einem Abstand vor den Strahlgrabeinheiten,
gesehen in der Grabungsrichtung, während des Grabens zu ermitteln.
Dies ist ein wesentlicher Vorteil, weil es ermöglicht wird, die Art des Erdreiches
kontinuierlich vorher zu sagen. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass die Sonde an verschiedenen Stellen im Querschnitt des Grabungsschildes
angeordnet werden kann und nicht auf eine einzelne Stelle im Grabungsschild
beschränkt
ist, so dass es auch möglich
ist, Veränderungen
in der Zusammensetzung des Erdreiches lokal vorauszusehen.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
die Grabvorrichtung zumindest zwei Sonden auf, um die Art des Erdreiches
zwischen den zumindest zwei Sonden und um diese herum zu ermitteln.
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Vorzugsweise
ist zumindest ein entfernbares Abdichtmittel vorgesehen, um den
Zwischenraum zwischen benachbarten Strahlgrabeinheiten oder zwischen
einer Strahlgrabeinheit und der Trägerstruktur abzudichten. Im
Ergebnis ist es möglich, dass
sich die Strahlgrabeinheiten unabhängig voneinander bewegen und
dass die Druckdifferenz überbrückt wird,
die zwischen dem Bereich vor der Strahlgrabeinheit und dem Bereich
dahinter gegeben ist, wo der atmosphärische Druck herrscht.
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Vorzugsweise
ist der zumindest eine Sensor, der mit der zumindest einen Strahlgrabeinheit
verbunden ist, zwischen der Trägerstruktur
und der zumindest einen Strahlgrabeinheit angeordnet. Diese Anordnung
erleichtert es, die Kräfte
zu messen, die auf die Strahlgrabeinheiten einwirken, weil die Sensoren
an der Trägerstruktur
angebracht werden können.
Der zumindest eine Sensor weist in zweckmäßiger Weise eine Kolben-Zylindereinheit
auf, die durch ein Fluidum betätigbar
ist, welcher Sensor mit Druckmeßmitteln
versehen ist, um einen Druck des Fluidums anzuzeigen. Der gemessene
Druck ist ein Maß für zumindest
einen Teil der Kraft, die auf den Sensor ausgeübt wird, der mit der Strahlgrabeinheit
oder den Einheiten verbunden ist. Die Kolben-Zylindereinheit kann
auch als Verschiebeeinheit fungieren, um eine oder mehrere Strahlgrabeinheiten
der Grabvorrichtung im wesentlichen parallel zur Grabvorrichtung
relativ zur Trägerstruktur
zu verschieben.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
die zumindest eine Strahlgrabeinheit zumindest eine Platte auf,
die im wesentlichen quer zur Grabungsrichtung angeordnet ist, wobei
der zumindest eine mit der zumindest einen Strahlgrabeinheit verbundene
Sensor dazu eingerichtet ist, um im wesentlichen die Kraft zu messen,
die auf die Platte in der Grabungsrichtung einwirkt. Dies hat den
Vorteil, dass der vom Erdreich ausgeübte Druck sehr direkt gemessen
wird.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
der zumindest eine Sensor mit der zumindest einen Platte über die
Strahlvorrichtung verbunden, was zu einer Funktionseinheit führt, welche
bei einer Strahlgrabeinheit für
Strahlgraben von Erdreich und für
das Messen der Kraft in Grabungsrichtung am Ort der Strahlgrabeinheit
benutzt werden kann.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Grabvorrichtung gemäß der Erfindung
ist eine Grabungskammer in einer Strahlgrabeinheit durch einen Raum
gebildet, in dem die zumindest eine Strahlvorrichtung angeordnet
ist, wobei sich an die Grabungskammer an der Rückseite, gesehen entgegen der
Grabungsrichtung, in Aufeinanderfolge eine Frontplatte, die sich
von der Oberseite der Grabungskammer bis zu einem Abstand von der
Unterseite der Grabungskammer erstreckt, und eine Rückplatte
anschließen,
die sich in einem Abstand von der Frontplatte von der Unterseite
der Grabungskammer bis zu einem Abstand von der Oberseite der Grabungskammer
erstreckt. Die Frontplatte und die Rückplatte stützen das zu entfernende Erdreich
und ermöglichen
eine gesteuerte Entfernung der Mischung aus Strahlflüssigkeit
und Erdreich, die in der Strahlgrabeinheit gebildet wird. Ferner
ist für
diesen Zweck hinter der Rückplatte
eine Mischkammer durch einen Raum mit einer Austrittsöffnung für die Abgabe
einer Mischung aus Erdreich und Strahlflüssigkeit gebildet. Vorzugsweise
wird eine Mischflüssigkeit,
welche die gleiche sein kann wie die Strahlflüssigkeit, zu der Mischkammer über eine
Zuführung
zugeführt,
und die Austrittsöffnung
ist in der Nähe
der Unterseite der Mischkammer gelegen. Die Systemleitung von der oben
beschriebenen Strahlpumpe kann zu den Mischkammern der Strahlgrabeinheiten
führen.
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Die
Aufteilung der Strahlgrabeinheit in eine Grabungskammer und eine
Mischkammer macht es möglich,
die Durchflußrate
der Strahlflüssigkeit
und die Durchflußrate
der Mischflüssigkeit
unabhängig voneinander
einzustellen. Die Durchflußrate
der Strahlflüssigkeit
wird durch den Widerstand bestimmt, der von dem Erdreich ausgeübt wird
und kann entsprechend den auftretenden Erdreichbedingungen wesentlich
variieren. Die Durchflußrate
der Mischflüssigkeit
für das
Abführen
der Mischung aus Erdreich und Strahlflüssigkeit aus der Mischkammer bestimmt
sich durch die kleinste Strömungsgeschwindigkeit,
die erforderlich ist, um die Erdreichpartikel in Bewegung zu setzen,
multipliziert durch den Querschnitt des Austrageleitung.
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Die
Frontplatte und die Rückplatte
trennen die Grabungskammer und die Mischkammer voneinander. Die
Frontplatte und die Rückplatte
verlaufen vorzugsweise im wesentlichen vertikal, (in Richtung der
Schwerkraft). Die (das Verhältnis
der) Abmessungen der Strahlgrabeinheit sind so gewählt, dass das
ankommende Erdreich zunächst
gezwungen wird, horizontal zu strömen, sodann wird das Erdreich
gezwungen, nach oben zu strömen,
entgegen der Schwerkraft, zwischen der Frontplatte und der Rückplatte.
Das Gewicht der Säule
aus Erdreich zwischen der Frontplatte und der Rückplatte reicht aus, um die
Grabungsfront zu stabilisieren, indem verhindert wird, dass Erdreich
spontan in die Grabungskammer strömt. Die Erdreichpartikel müssen aktiv dazu
angeregt werden, über
den oberen Rand der Rückplatte
zu strömen.
Die Strahlen in der Grabungskammer bewirken einen Strom an Wasser durch
die Poren des Erdreiches in Richtung der Öffnung zwischen Frontplatte
und Rückplatte.
Dieser Wasserstrom stellt sicher, dass auf die Erdreichpartikel
ein Strömungsdruck
ausgeübt
wird, so dass sie beginnen, zu schwimmen und Reibung zwischen ihnen
aufgehoben wird (Fluidisierung), mit dem Ergebnis, dass die Mischung
aus Erdreich und Wasser, welche strahlgegraben ist, über die
Rückplatte strömt. Wenn
die Düsenstrahlen
in der Grabungskammer abgeschaltet werden, hört der Strom von Erdreich aus
der Grabungskammer in die Mischkammer unverzüglich auf, mit dem Ergebnis,
dass die Mischkammer dauernd offen bleibt.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Mischkammer
einen Raum, der eine Anzahl von Strahlgrabeinheiten gemeinsam aufweist, was
zu einem einfachen und billigen Aufbau führt.
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Um
die Probleme zu minimieren, die durch Hindernisse verursacht sind,
die die Mischkammer über
die Grabungskammer betreten, ist ein Brechwerk in der Mischkammer
stromaufwärts
von der Austrittsöffnung
angeordnet, das in der Lage ist, die Hindernisse zu zerkleinern.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
ein Rückschlagventil
zwischen der Grabungskammer und der Mischkammer angeordnet, um die
Mischung aus Erdreich und Strahlflüssigkeit von der Grabungskammer
zur Mischkammer durchzulassen, jedoch ihren Durchgang in der entgegengesetzten Richtung
zu blockieren. Eine Mischung aus Erdreich und Strahlflüssigkeit
wird so daran gehindert, aus der Mischkammer in die Grabungskammer
zurück
zufließen,
falls der Druck in der Grabungskammer zu niedrig ist.
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Vorzugsweise
ist die Frontplatte oder die Rückplatte
mit einem Rost verbunden, der sich von der Unterseite oder der Oberseite
der Grabungskammer zu der Frontplatte bzw. der Rückenplatte in solcher Weise
erstreckt, dass Material, welches durch den Rost zurückgehalten
wird, unter der Schwerkraft in einen Bereich der Strahlgrabeinheit
zurückkehrt, der
unmittelbar durch den Flüssigkeitsstrahl
von der zumindest einen Strahlvorrichtung erreicht wird. Die Frontplatte
und die Rückplatte
liefern einen gewünschten
Strom der Mischung aus Erdreich und Strahlflüssigkeit, welcher in der Strahlgrabeinheit vorhanden
ist, während
der Rost die Abgabe der Mischung verhindert, die aufgrund groben
Materials, welches zurückgehalten
wird, zur Stagnation kommt.
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Die
Erfindung wird in näheren
Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1a schematisiert eine Vorderansicht
einer Anordnung aus benachbarten Strahlgrabeinheiten zeigt, um einen
Kanal zu bilden, der im Querschnitt im wesentlichen kreisrund ist;
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1b schematisiert eine Vorderansicht
einer Anordnung benachbarter Strahlgrabeinheiten zeigt, um einen
Kanal zu bilden, der im Querschnitt im wesentlichen rechteckförmig ist;
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1c schematisiert eine Vorderansicht
einer Anordnung benachbarter Strahlgrabeinheiten zeigt, um einen
weiteren Kanal zu bilden, der im Querschnitt rechteckförmig ist;
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2a eine schematisierte perspektivische Ansicht
eines ersten Ausführungsbeispieles
einer Grabvorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt;
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2b eine schematisierte perspektivische Ansicht
eines zweiten Ausführungsbeispieles
einer Grabvorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt;
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3 eine schematisierte Rückansicht
eines dritten Ausführungsbeispieles
einer Grabvorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt;
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4a und 4b eine teilweise geschnittene Seitenansicht
bzw. eine Vorderansicht einer ersten Anordnung von Strahlvorrichtungen
in einer Strahlgrabeinheit zeigen;
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5a und 5b eine teilweise in Längsrichtung
geschnittene Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht einer zweiten
Anordnung von Strahlvorrichtungen bei einer Strahlgrabeinheit zeigen;
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6a und 6b eine teilweise in Längsrichtung
geschnittene Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht einer dritten
Anordnung von Strahlvorrichtungen in einer Strahlgrabeinheit zeigen;
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7a und 7b eine teilweise in Längsrichtung
geschnittene Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht einer vierten
Anordnung von Strahlvorrichtungen in einer Strahlgrabeinheit zeigen;
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8a und 8b eine teilweise in Längsrichtung
geschnittene Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht einer fünften Anordnung
von Strahlvorrichtungen in einer Strahlgrabeinheit zeigen;
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9 schematisiert eine teilweise
weggeschnittene Draufsicht einer Grabvorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt, ergänzt
durch Elemente, die in Form eines Blockdiagramms dargestellt sind;
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10 schematisiert eine Draufsicht
eines weiteren Ausführungsbeispieles
der Grabvorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt;
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10a einen Teilquerschnitt,
stärker
detailliert, eines Teiles der in 10 gezeigten
Grabvorrichtung zeigt;
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10b und 10c eine Abwandlung des in 10a gezeigten Ausführungsbeispieles
in zwei verschiedenen Betriebszuständen zeigen;
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11a und 11b eine teilweise in Längsrichtung
geschnittene Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht einer Strahlvorrichtung
in einer Strahlgrabeinheit zeigen;
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12 eine teilweise in Längsrichtung
geschnittene Seitenansicht einer weiteren Strahlgrabeinheit gemäß der Erfindung
zeigt;
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12a einen teilweise weggeschnittene Seitenansicht
eines Strahlflüssigkeitsrohres
zeigt;
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12b einen schematisierten
Querschnitt durch das in 12a gezeigte
Strahlflüssigkeitsrohr zeigt;
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12c eine Vorderansicht der
Art und Weise zeigt, in der das in 12a gezeigte
Strahlflüssigkeitsrohr
in einer Strahlgrabeinheit arbeitet;
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12d eine Seitenansicht der
Art und Weise zeigt, in der das in 12a gezeigte
Strhalflüssigkeitsrohr
in einer Strahlgrabeinheit arbeitet;
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13a und 13b eine teilweise in Längsrichtung
geschnittene Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht einer Strahlgrabeinheit
zeigen, in der eine Sonde angeordnet ist;
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14 eine Vorderansicht einer
Anordnung mehrerer Strahlgrabeinheiten zeigt, zwischen denen eine
Mehrzahl von Sonden angeordnet ist;
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15a–15d Querschnitte
von Dichtungsmitteln zeigen, die zwischen zueinander benachbarten
Strahlgrabeinheiten angeordnet sind;
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16 in einem Teillängsschnitt
durch einen Teil einer Grabvorrichtung gemäß der Erfindung eine Strahlvorrichtung
zeigt, die mit einer Kraftaufnehmervorrichtung kombiniert ist;
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17 einen der 16 ähnlichen Längsschnitt zeigt, der eine
nähere
Darstellung einer Mischkammer wiedergibt;
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18 die Verwendung der in 16 und 17 gezeigten Strahlvorrichtung für die Entfernung
eines Hindernisses zeigt;
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19 einen partiellen Längsschnitt
durch eine spezielle Anordnung einer Einheit aus Strahlgrabeinheiten
gemäß der Erfindung
zeigt;
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19a eine Einzelheit aus 19 zeigt, welche durch eine
gestrichelte Linie gekennzeichnet ist, und
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20 schematisiert die Art
und Weise zeigt, in der Strahlflüssigkeit
der in 16–18 gezeigten Grabvorrichtung
zugeführt
wird.
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In
den verschiedenen Fig. beziehen sich durchgehen gleiche Bezugszahlen
auf gleiche Bauelemente oder auf Bauelemente mit einer gleichen Funktion.
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1a, 1b und 1c stellen
verschiedene Grabvorrichtungen 1 dar, die eine Mehrzahl
von Strahlgrabeinheiten 2 aufweisen, die einander benachbart
so angeordnet sind, dass ein gewünschter Querschnitt
eines im Erdreich auszugrabenden Kanales definiert wird. Die in 1a gezeigte Grabvorrichtung 1 wird
benutzt, um einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt des Kanales
im Untergrund zu bilden, und die Grabvorrichtung 1, die
in 1b gezeigt ist, wird
zur Bildung eines im wesentlichen rechteckigen Querschnittes des
Kanales benutzt. Bei der Grabvorrichtung 1, die in 1c gezeigt ist, sind die
Strahlgrabeinheiten 2 jeweils mit zwei weiteren Strahlgrabeinheiten 2 verbunden,
so dass ein rechteckiger Querschnitt eingeschlossen wird. Natürlich sind
jedwede anderen gewünschten
Anordnungen von Strahlgrabeinheiten ebenfalls möglich bei entsprechenden Querschnitten
des im Untergrund zu grabenden Kanales.
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In 2a weisen die Strahlgrabeinheiten 2 Wände 20 auf,
und die Strahgrabeinheiten 2 werden in Fächer 8 einer
Trägerstruktur 7 eingeschoben.
In 2b sind die Strahlgrabeinheiten 2 ohne
Wände gezeichnet.
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3 zeigt eine Rückansicht
einer Grabvorrichtung 1 gemäß der Erfindung, bei der eine
Trägerstruktur 7 drei
fest angeordnete Hauptstangen 71, herausnehmbare Hilfsstangen 72,
die quer zu den Hauptstangen 71 gerichtet sind, sowie einen
Tragring 73 aufweist. Die in 3 dargestellte
Grabvorrichtung ist durch ein Hindernis 9 angehalten worden, beispielsweise
ein gesteinsartiges Material, so dass das Vorschreiten der Grabvorrichtung 1 im
Untergrund blockiert ist. Um das Hindernis 9 zu entfernen ist
eine Hilfsstange 72a herausgenommen worden, wonach zwei
Strahlgrabeinheiten 2a aus der Anordnung von Strahlgrabeinheiten 2 herausgenommen werden,
so dass das Hindernis zugänglich
ist und leicht entfernt werden kann.
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4a und 4b zeigen eine erste Anordnung von Strahlvorrichtungen 3 in
einer Strahlgrabeinheit 2. Wie oben unter Bezug auf 2a und 2b erläutert wurde, kann die Strahlgrabeinheit 2 sowohl
mit Wänden
als auch ohne Wände
ausgelegt sein; daher ist, wie bei den nachfolgenden Fig., die Umgrenzung
der Strahlgrabeinheit 2 mit gestrichtelten Linien angegeben.
In einer nicht in näheren
Einzelheiten dargestellten Weise, beispielsweise über einen
Schlauch oder ein Rohr, was durch eine strichpunktierte Linie angegeben
ist, sind die Strahlvorrichtungen 3 mit einer Strahlflüssigkeit,
etwa Wasser, von einer Einlaßöffnung 12 der
Strahlgrabeinheit 2 her versorgt, so dass Düsenstrahlen 24 gebildet
werden. Die Strahlvorrichtungen 3 brechen das zu grabende
Erdreich auf, indem sie die Strahlflüssigkeit auf das Erdreich mit
hohem Druck aufsprühen.
Die beträchtliche
Turbulenz, die erzeugt wird, während
das Erdreich aufgebrochen wird, führt zu einem innigen Vermischen
des Erdreiches mit der Strahlflüssigkeit,
so dass eine Mischung aus Erdreich und Strahlflüssigkeit gebildet wird, die
leicht abzuführen
ist. Zusätzlich
sind eine vordere Platte 91 und eine hintere Platte 92 vorhanden.
Diese Platten 91, 92 dienen als mechanische Abstützung, wenn
die Grabungsfront unstabil wird und zusammenfällt. Diese Platten 91, 92 blockieren auch
große
Stücke
von Erdreich und anderem Material, die abgelöst werden können, während das Erdreich aufgebrochen
wird, so dass diese Stücke
vollständiger
aufgebrochen werden können.
Falls zweckmässig,
kann ein mit strichpunktierter Linie angedeutetes Gitter zwischen
dem unteren Rand der vorderen Platte 91 und der Unterseite
der Strahlgrabeinheit 2 oder zwischen dem oberen Rand der
hinteren Platte 92 und der Oberseite der Strahlgrabeinheit 2 angeordnet
sein oder zwischen der vorderen Platte 91 und der hinteren
Platte 92, um verhältnismäßig große Stücke von
Erdreichmaterial zurückzuhalten.
Auf diese Weise unterteilen die Platten 91, 92 die
Strahlgrabeinheit zumindest in eine Grabungskammer (der Raum in
dem die Strahlvorrichtungen 3 angeordnet sind) und eine
Mischkammer 14. Die Mischkammer 14 ist mit einer
Zufuhr von Mischflüssigkeit 15 und
einem Auslass 13 für
Flüssigkeit/Erdreich
versehen. Im Falle von Sand müssen
die Partikel über
den Rand der hinteren Platte 92 in die Mischkammer 14 gedrückt werden.
Wenn die Strahlvorrichtungen 3 zu kräftig sind, ergibt sich eine
unkontrollierte Strömung
von Sand in die Mischkammer 14, und die Front wird unstabil.
In Lehm wird das Erdreich, das in die Grabungskammer aufgrund des
Vorschubs der Grabvorrichtung 1 eintritt, aufgebrochen,
wobei die Kohäsionseigenschaften
von Lehm, falls geeignet in Kombination mit einem Mischkammerdruck,
sicherstellen, dass die Grabungsfront stabil bleibt. Nachdem das
Erdreich in der Grabungskammer der Strahlgrabeinheit 2 durch
die Strahlflüssigkeit
aufgebrochen ist, wird die Mischung aus Erdreich und Strahlflüssigkeit
in der Mischkammer 14 mit einer Mischflüssigkeit vermischt, beispielsweise
mit Wasser, die über
den Zulauf für
Mischflüssigkeit 15 zugeführt und
dann durch den Flüssigkeit/Erdreich-Auslass 13 abgegeben
wird. Die Düsenstrahlen 24 sind in
der gleichen Richtung wie die Schwerkraft und nach hinten gerichtet,
gesehen in der Grabungsrichtung 25. Bei dieser Anordnung
der Strahlvorrichtungen 3 verbleibt der Aufbruch des Erdreiches,
der durch die Strahlvorrichtungen 3 bewirkt ist, gänzlich innerhalb
der Strahlgrabeinheit 2. Außerdem fällt Erdreich, das sich hinter
den Bereich der Düsenstrahlen 24 bewegt,
aufgrund des Vorhandenseins der vorderen Platte 91 und
der hinteren Platte 92 in den Bereich der Düsenstrahlen 24 zurück und wird dann
trotzdem aufgebrochen. Bei dieser Anordnung ist es für große Stücke von
Erdreich, die nicht aufgebrochen worden sind, praktisch unmöglich, in
die Mischkammer 14 einzutreten und dann den Flüssigkeit/Erdreich-Auslass 13 zu
blockieren.
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5a und 5b zeigen eine frontale Anordnung der
Strahlvorrichtungen 3, die an der vorderen Platte 91 und
der hinteren Platte 92 angeordnet sind. Frontale Düsenstrahlen 24 werden
stärker
wirksam, während
das Erdreich weiter in die Strahlgrabeinheit 2 eindringt,
was sicherstellt, dass der Flüssigkeit/Erdreich-Auslass 13 für die Mischung
aus Erdreich und Strahlflüssigkeit
nicht blockiert werden kann und dass die Strahlgrabeinheit 2 immer
leer geblasen werden kann. Bei dieser Anordnung der Strahlvorrichtungen 3 fehlt
jedoch eine vordere Grenze für
das Aufbrechen des Erdreichs, das durch die Strahlvorrichtungen
bewirkt wird. Im Falle von sandigem Erdreich beispielsweise kann
ein übermäßig starker
Düsenflüssigkeitsstrahl 24 das Erdreich
vor der Grabvorrichtung schwächen,
was die Grabungsfront instabil macht.
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6a und 6b zeigen eine Strahlgrabeinheit 2 ohne
Platten und mit Strahlvorrichtungen 3, welche Düsenstrahlen 24 quer
zur Grabungsrichtung 25 und in der gleichen Richtung wie
die Schwerkraft sprühen.
Bei dieser Anordnung der Strahlvorrichtungen 3 findet das
durch die Strahlvorrichtungen bewirkte Aufbrechen des Erdreiches
vollständig
innerhalb der Strahlgrabeinheit 2 statt, so dass eine stabile
Front sichergestellte werden kann. Es sei bemerkt, dass Erdreich,
das hinter den Bereich der Strahlvorrichtungen 3 gelangt,
nicht mehr aus der Strahlgrabeinheit entfernt werden kann, was ein
Blockieren des Flüssigkeit/Erdreich-Auslasses 13 verursachen
kann.
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7a und 7b zeigen eine Anordnung der Strahlvorrichtungen 3,
die, gesehen in der Grabungsrichtung 25, schräg nach oben
und der Schwerkraft entgegengesetzt gerichtet ist, was das Suspendieren gebrochenen
Erdreiches in der Mischung aus Erdreich und Strahlflüssigkeit
in der Strahlgrabeinheit 2 begünstigt. Ein Rückschlagventil 27,
das in den Richtungen eines Doppelpfeiles 27a schwenken
kann, ist an der Rückseite
der vorderen Platte 91 angelenkt. Das Rückschlagventil 27 ermöglicht der
Mischung aus Erdreich und Strahlflüssigkeit aus der Grabungskammer
in die Mischkammer zu strömen,
verhindert jedoch wirksam eine Strömung in der entgegengesetzten
Richtung.
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8a und 8b zeigen Strahlvorrichtungen 3, die
an den Seitenwänden
der Strahlgrabeinheiten 2 angeordnet sind, mit dem Ergebnis,
dass das Erdreich vor der hinteren Platte 92 erfolgreich
aufgebrochen wird.
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9 zeigt eine Grabvorrichtung 1,
die eine Anzahl im wesentlichen gleicher Strahlgrabeinheiten 2 aufweist,
wie sie in 4a, 4b oder 7a, 7b gezeigt sind,
die über
Verbindungsstangen 10 mit einer Trägerstruktur 7 (die
nicht in näheren
Einzelheiten gezeigt ist) verbunden sind. Zwischen den Strahlgrabeinheiten 2 und
der Trägerstruktur 7 befinden
sich Sensoren 4, die die Kräfte messen, die auf die Strahlgrabeinheiten 2 einwirken,
während
die Grabvorrichtung 1 im Grund des zu grabenden Erdreiches
in Richtung des Pfeiles 25 vorgeschoben wird. In diesem
Falle ist auf eine nicht in näheren
Einzelheiten gezeigte Weise sichergestellt, beispielsweise indem die
verschiedenen Strahlgrabeinheiten relativ zueinander beweglich angeordnet
sind, das lediglich die gewünschten
Kräfte
gemessen werden. Die Sensoren 4 sind mit einem Steuermittel 5 über Steuerleitungen 51 verbunden.
Vom Steuermittel 5 verlaufen Steuerleitungen 52 zu
einer Reglereinheit 53, die in der Strahlgrabeinheit 2 angeordnet
ist, beispielsweise ein einstellbares Ventil, das die Durchflußrate der Strahlflüssigkeit
einstellt, die aus den Strahlvorrichtungen 3 ausströmt. In 9 ist die Steueranordnung von
solcher Art, dass die Durchflußrate
bei jeder der Strahlvorrichtungen 3 auf Grundlage der Kräfte eingestellt
wird, die auf die zugehörige
Strahlgrabeinheit 2 einwirken, welche durch den zugehörigen Sensor 4 gemessen
werden. Wenn eine der Strahlgrabeinheiten 2 von dem zu
grabenden Erdreich einen Widerstand erfährt, der oberhalb eines vorbestimmten
Pegels liegt, was unter Verwendung der Sensoren 4 erkannt
werden kann, dann wird die Durchflußrate der Strahlvorrichtungen 3 der
fraglichen Strahlgrabeinheit 2 erhöht. Im Ergebnis nimmt die Grabungsstärke dieser
Strahlgrabeinheit 2 zu, mit dem Ergebnis, dass mehr Erdreich
ausgegraben wird, wonach die Kraft, die das zu grabende Erdreich
auf diese Strahlgrabeinheit 2 ausübt, abnimmt. Die Durchflußrate wird dann
durch die Reglereinheit 53 verringert. Auf diese Weise
wird die Durchflußrate
der Strahlvorrichtungen 3 einiger oder sämtlicher
der Strahlgrabeinheiten 2 der Anordnung aus Strahl grabeinheiten
kontinuierlich eingestellt. Dieser Meß- und Regelprozeß führt zu einer
ausgezeichneten Steuerung des Grabens.
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Es
ist auch möglich,
die Kräfte
einer ersten Strahlgrabeinheit 2, die durch die Sensoren 4 gemessen
sind, für
die Steuerung der Durchflußrate
der Strahlvorrichtungen 3 einer zweiten Strahlgrabeinheit 2 zu
benutzen. Wenn beispielsweise umfangreiche Anordnungen von Strahlgrabeinheiten 2 vorhanden sind,
kann einer oder mehrere der Sensoren 4 auch mit einer Mehrzahl
von Strahlgrabeinheiten 2 gleichzeitig verbunden sein,
so dass es nicht länger
die Kraft von einer einzelnen Strahlgrabeinheit 2 ist,
sondern vielmehr die Kraft auf eine Mehrzahl von Strahlgrabeinheiten 2,
beispielsweise eine horizontale Reihe solcher Einheiten, welche
gemessen wird. Diese Ausführungsform,
die nicht gezeigt ist, ist weniger fein abgestimmt, verringert jedoch
die Anzahl der erforderlichen Sensoren 4. Eine Kombination
dieser oben beschriebenen Funktionen ist ebenfalls denkbar. Die
Reglereinheit 53 kann außerhalb des Innenraums der
Strahlgrabeinheit 2 angeordnet sein.
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Vom
Steuermittel 5 verläuft
auch eine Steuerleitung 54 zu einer Antriebsvorrichtung 6,
welche, auf eine nicht im einzelnen gezeigte Weise, mit der Grabvorrichtung 1 verbunden
ist, um die Grabvorrichtung 1 in der Grabungsrichtung 25 auf
Grundlage der Kräfte
zu bewegen, die auf eine oder mehrere der Strahlgrabeinheiten 2 einwirken
und durch die Sensoren 4 gemessen sind.
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Das
in 10 dargestellte Ausführungsbeispiel
der Grabvorrichtung 1 weist eine Trägerstruktur 7 auf,
die Fächer 8 umfaßt, die
die Strahlgrabeinheiten 2 im wesentlichen vollständig umgeben.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Grabvorrichtung 1 sind die Sensoren 4 innerhalb
der Trä gerstruktur 7 angeordnet.
Diese Ausbildung der Trägerstruktur 7 ermöglicht verschiedene
Ausführungsformen
der Strahlgrabeinheiten 2, von denen zwei in 2a und 2b dargestellt sind.
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10a zeigt einen Teil der
Trägerstruktur 7, in
der sich die Strahlgrabeinheit 2 eine kurze Strecke in
den mit Pfeilen 2b, 2c angegebenen Richtungen bewegen
kann. Die Bewegung der Strahlgrabeinheit 2 in der Richtung
des Pfeiles 2b ist durch Anschläge 10a begrenzt. Die
Strahlgrabeinheit 2 ist gegenüber den Verbindungsstangen 10 über Sensoren
in Form von Kolben-Zylindereinheiten 4a abgestützt. Die
Drücke
von Flüssigkeiten
in den Kolben-Zylindereinheiten 4a werden über Leitungen 4b gemessen,
welche Drücke
ein Maß insbesondere
der Kraft darstellen, die auf die Strahlgrabeinheit 2 in
Richtung des Pfeiles 2b einwirkt, vorausgesetzt, dass sich
die Strahlgrabeinheit 2 nicht gegen einender Anschläge 10a abstützt.
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Die
in 10b und 10c gezeigte Anordnung unterscheidet
sich von der in 10a gezeigten
im wesentlichen lediglich darin, dass der Hub der Kolben-Zylindereinheiten 4a wesentlich
größer gewählt ist.
Deshalb sind die Kolben-Zylindereinheiten 4a nicht nur
in der Lage, als Sensoren zu fungieren, sondern können auch
benutzt werden, um die Strahlgrabeinheit 2 über eine
wesentliche Strecke zu verschieben. Dies ist durch Vergleich der 10b und 10c zu ersehen, von denen die erste Fig.
die Kolben-Zylindereinheiten 4a am
Beginn ihres Hubes zeigt und die zweite dieser Fig. die Kolben-Zylindereinheiten 4a am
Ende ihres Hubes zeigt. Somit kann die Strahlgrabeinheit 2 im
Erdreich in Richtung des Pfeiles 2c vorwärts bewegt
werden, unabhängig
von der Trägerstruktur 7.
Dies erfordert wesentlich weniger Kraft als nötig ist, einige oder sämtliche
der Strahlgrabeinheiten einer Grabvorrichtung in Richtung des Pfeiles 2c zu
bewegen, wahlweise in Kombination mit einer Vorschubbewegung der
Trägerstruktur in
der gleichen Richtung, so dass sequentielle Vorwärtsbewegungen der Strahlgrabeinheiten
eine geringere installierte Leistung erfordert als bei gleichzeitigem Vorwärtsbewegen
sämtlicher
Strahlgrabeinheiten. Natürlich
braucht lediglich die Grabvorrichtung derjenigen Strahlgrabeinheiten,
die vorwärts
bewegt werden, betätigt
zu werden, so dass es auch möglich
ist, die installierte Strahlleistung zu verringern. Ferner hindern
Strahlgrabeinheiten, die durch ein Hindernis im Untergrund blockiert
sind, den Vorschub benachbarter Strahlgrabeinheiten über den
Hub der Kolben-Zylindereinheiten 4a nicht,
so dass zumindest teilweise um das Hindernis herum gegraben werden kann,
bevor es entfernt wird. Es ist klar, dass dies das Entfernen erleichtert,
verglichen mit der Situation, bei der die Strahlgrabeinheiten nicht
relativ zu der Trägerstruktur
bewegbar sind.
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11a und 11b zeigen Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispieles
der Strahlvorrichtung 3 einer Strahlgrabeinheit 2.
Die Strahlvorrichtung 3 weist einen Spritzkopf 66 und
ein Rohrstück 67 auf,
das über
ein Absperrmittel 16 mit einer Zuführleitung 68 verbunden
ist. Am Ort des Spritzkopfes 66 ist das Rohrstück 67 durch
Anbringmittel 17 gehalten, die an einer Deckenwand der
Strahlgrabeinheit 2 angeordnet sind. Diese Ausführungsform
der Strahlvorrichtung 3 ermöglicht einen einfachen Einbau
und Ausbau der Strahlvorrichtung 3, beispielsweise für Wartungszwecke.
Das Absperrmittel 16 stellt sicher, dass, wenn die Strahlvorrichtung 3 ausgebaut
wird, die Druckdifferenz, die zwischen dem Bereich vor und hinter
einer Rückwand 18 der
Strahlgrabeinheit 2 herrscht, nicht ausgeglichen zu werden
braucht.
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12 zeigt eine weitere Ausführungsform der
Strahlvorrichtungen 3 in der Strahlgrabeinheit 2. In
diesem Falle sind zwei Reihen von Strahlvorrichtungen 3 des
in 11a und 11b beschriebenen Typs übereinander
angeordnet. Die Strahlvorrichtungen 3, die im wesentlichen
oberhalb der halben Höhe
der Strahlgrabeinheit angeordnet sind, sind in Befestigungsmitteln 142 gelagert,
die durch eine Querstange 144 gehalten sind. Diese Ausführungsform
ist insbesondere im Falle von Strahlgrabeinheiten 2 vorteilhaft,
die sich in Aufwärtsrichtung äußerst weit
erstrecken. Bei Strahlgrabeinheiten 2 dieser Art ist die
Kraft der Flüssigkeitsstrahlen,
die aus den Spritzköpfen 66,
die an einer Deckelwand 19 der Strahlgrabeinheit 2 angeordnet
sind, mittels der Strahlvorrichtungen 3 verspritzt werden,
nicht ausreichend, um das Erdreich an der Unterseite der Strahlgrabeinheit 2 aufzubrechen,
so dass eine zusätzliche
Strahlvorrichtung 3 näher
der Unterseite der Strahlgrabeinheit 2 angeordnet ist.
Natürlich
sind andere Ausführungsformen der
Anordnung von Strahlvorrichtungen 3 möglich, so beispielsweise mehr
als zwei übereinander
angeordnete Strahlvorrichtungen 3, Strahlvorrichtungen 3, die
nah nebeneinander in der Grabungsrichtung 25 angeordnet
sind, Strahlvorrichtungen 3 mit Düsenstrahlen, die in einem Winkel
zur Grabungsrichtung 25 angeordnet sind, Strahlvorrichtungen,
die an Seitenwänden
der Strahlgrabeinheit 2 angeordnet sind, Strahlvorrichtungen 3,
die an der Eckwand und der Bodenwand angeordnet sind, Strahlvorrichtungen 3 mit
Düsenstrahlen 4,
die quer zur Grabungsrichtung 25 ausgerichtet sind, Strahlvorrichtungen 3 mit
Düsenstrahlen 24,
die parallel zur Grabungsrichtung ausgerichtet sind, Strahlvorrichtungen 3,
die an einer Platte 91 oder 92 angeordnet sind,
Strahlvorrichtungen 3, die an der Rückwand 18 der Strahlgrabeinheit 2 angeordnet
sind, oder eine Kombination aus diesen Optionen.
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12a–12d zeigen
ein Strahlflüssigkeitsrohr 146,
das in vier Durchgänge 148a–148d mittels im
Inneren angeordneter Trennwände 147 unterteilt ist.
Austrittsöffnungen 149 sind
am Umfang des Rohres 146 in einem Abstand voneinander in
Längsrichtung
und in unterschiedlichen Winkeln in Umfangsrichtung angeordnet.
Wenn sichergestellt ist, dass jeder der Durchgän ge 148a–148d gesondert
mit Strahlflüssigkeit
mittels eines geeigneten Steuerventilmechanismus versorgt wird,
dann strömt
Flüssigkeit
lediglich aus den Austrittsöffnungen 149 aus,
die dem fraglichen Durchgang entsprechen. 12b, 12c und 12d stellen speziell die
Strömung
von Düsenflüssigkeit
aus den Austrittsöffnungen 149 dar,
die dem Durchgang 148a entsprechen, in einem Sektor A der
Strahlgrabeinheit 2. Weitere Sektoren B, C und D können mit
Strahlflüssigkeit
kontinuierlich oder intermittierend in einer gepulsten Zufuhr versehen
werden, wahlweise gleichzeitig. In einer Weise, die ähnlich derjenigen
ist, bei der unterschiedliche Sektoren einer Strahlgrabeinheit intermittierend
oder in gepulster Weise mit Strahlflüssigkeit versorgt werden, wahlweise
gleichzeitig, ist es auch möglich,
unterschiedliche Strahlgrabeinheiten zu betätigen, d. h., um diese Einheiten
kontinuierlich oder intermittierend, aufeinanderfolgend, oder (möglicherweise
teilweise) gleichzeitig mit anderen Strahlgrabeinheiten zu betätigen.
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13a und 13b zeigen die Strahlgrabeinheit 2 einer
Grabvorrichtung 1. Eine Sonde 11 ermittelt die
Beschaffenheit des Erdreiches vor der Grabvorrichtung 1.
Bei der Grabvorrichtung 1 gemäß der Erfindung kann die Sonde 11 während des
Grabens benutzt werden, weil keine Schaufelrad-Grabvorrichtungen oder dergleichen vorhanden
sind, die die Sonde 11 beschädigen könnten. Die Sonde 11 ist durch
ein Gestell 29 getragen, wie in 13b angegeben. Auf diese Weise kann die
Sonde 11 im Zentrum der Querschnittsfläche der Strahlgrabeinheit 2 angeordnet
sein, kann jedoch auch beispielsweise zwischen Strahlgrabeinheiten 2 angeordnet
sein, wie in 14 gezeigt.
Zusätzlich
ist es möglich,
dass die Sonde an jeder anderen gewünschten Stelle im Querschnitt
einer Strahlgrabeinheit 2 angeordnet ist, beispielsweise
durch Anpassung des Gestelles 29.
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15a–15d zeigen
verschiedene Ausführungsformen
von Dichtungsmitteln 150. Ein hoher Druck von Grundwasser
und Erdreichpartikeln herrscht vor den Strahlgrabeinheiten 2.
Der atmosphärische
Druck auf der Innenseite des im Untergrund ausgebildeten Kanales
herrscht hinter den Strahlgrabeinheiten 2. Die Strahlgrabeinheiten 2 können sich
im Prinzip unabhängig
voneinander in der Trägerstruktur 7 bewegen,
so dass es erforderlich ist, eine gute Abdichtung für jeglichen
Zwischenraum zwischen den Strahlgrabeinheiten 2 sicher
zu stellen. Außerdem
müssen
die Strahlgrabeinheiten 2 herausnehmbar sein, so dass Hindernisse
entfernt werden können
und Zugang zur Grabungsfront vor der Grabvorrichtung 1 erhalten
werden kann, und folglich muß auch
das Dichtungsmittel 150 herausnehmbar gemacht werden. Dieses
Dichtungsmittel 150 kann auf zahlreiche verschiedene Arten
hergestellt werden. 15a zeigt
ein Dichtungsmittel, das einen verformbaren Teil 151, einen
starren Teil 161 und ein Befestigungsmittel 171 aufweist.
Der verformbare Teil 151 ist über dem Zwischenraum zwischen
den Strahlgrabeinheiten 2 durch Befestigungsmittel 171 befestigt,
wobei der starre Teil 161 oberhalb des verformbaren Teiles
und unter dem Befestigungsmittel 171 eingeschlossen ist.
Das Befestigungsmittel 171 ist beispielsweise eine Schraube
oder ein Bolzen, die von der Rückwand
der Strahlgrabeinheit abgenommen werden kann, so dass das Dichtungsmittel 150 bequem
entfernt werden kann. 15b zeigt
ein Dichtungsmittel 150, das einen starren Teil 162 aufweist,
der im Raum zwischen den Seitenwänden zweier
benachbarter Strahlgrabeinheiten 2 angeordnet ist, sowie
einen verformbaren Teil 152, der am starren Teil 162 angeordnet
ist und den Raum zwischen dem starren Teil 162 und der
gegenüberliegenden
Seitenwand einer benachbarten Strahlgrabeinheit 2 verbindet.
In 15c weist das Dichtungsmittel 150 einen
starren Teil 163, einen Befestigungsteil 173 und
einen schaumartigen Teil 153 auf. Der starre Teil 163 schließt den Raum
zwischen zwei benachbarten Strahlgrabeinheiten 2 an der
Stelle der Rückwand
der Strahlgrabeinheiten 2 ab und ist mit einer der Strahlgrabeinheiten 2 mittels
des Befestigungsmittels 173 verbunden. In 15d weist das Dichtungsmittel 150 verformbare
Teile 154, Winkelstücke 164 und
ein Befestigungsmittel 174 auf. Hinter der Rückwand der
Strahlgrabeinheiten 2 sind Winkelstücke 164 an der Wand
eines Faches der Trägerstruktur 7 gelegen,
längs deren
zwei benachbarte Strahlgrabeinheiten 2 angeordnet sind,
sowohl an einer Seite als auch an der anderen Seite, wobei ein Arm des
ersten Winkelstückes 164 mit
dem entsprechenden Arm des zweiten Winkelstückes 164 durch das Befestigungsmittel 174 verbunden
ist, so dass die Winkelstücke 164 starr
mit der Wand der Trägerstruktur 7 verbunden
sind. Der andere Arm des Winkelstückes 164 ist mit der
Rückwand
der Strahlgrabeinheit 2 über einen der verformbaren
Teile 154 verbunden, so dass der Raum zwischen den benachbarten Strahlgrabeinheiten 2 abgedichtet
ist.
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16 zeigt einen Teil einer
Rückwand 180 einer
Grabvorrichtung, von der Wände 182 zwischen einer
Strahlgrabeinheit 184 und benachbarten Strahlgrabeinheiten
ebenfalls einen Teil bilden. Die Strahlgrabeinheit 184 besitzt
eine Grabungskammer 186 und eine Mischkammer 188,
die verschiedenen Strahlgrabeinheiten 184 gemeinsam ist.
In der Rückwand 180 befindet
sich ein Dichtungsdurchgang 190, durch den hindurch ein
Sprühflüssigkeitsrohr 192 gleiten
kann. Das Sprühflüssigkeitsrohr 192 ist
mit Austrittsöffnungen 194 versehen,
wie bereits in näheren
Einzelheiten oben unter Bezugnahme auf 12a–12d besprochen wurde. Eine
Frontplatte 196 und eine Rückplatte 198 sind
an dem Sprühflüssigkeitsrohr 192 angebracht.
An der Seite der Rückwand 180,
die von der Strahlgrabeinheit 184 abgekehrt ist, ist das
Sprühflüssigkeitsrohr 192 an
einem Kraftsensor 200 gelagert, der an sich bekannt ist, nicht
im einzelnen gezeigt ist und mittels dem Kräfte gemessen werden können, die
auf Platten 196 und 198 ausgeübt und auf das Sprühflüssigkeitsrohr 192 übertragen
werden. Das Sprühflüssigkeits rohr 192 ist auch
mit einer Kolben-Zylindereinheit 202 verbunden, mittels
deren das Sprühflüssigkeitsrohr 192 aus der
in 16 gezeigten Position
heraus nach links verschoben werden kann, bis die Rückplatte 198 mit dem
Durchgang 190 in Berührung
kommt und umgekehrt. Als Alternative zu dem Kraftsensor 200 kann die
Kolben-Zylindereinheit 202 benutzt werden, um die Kräfte zu messen,
die auf die Platten 196 und 198 ausgeübt und auf
das Sprühflüssigkeitsrohr 192 übertragen
werden. Das Sprühflüssigkeitsrohr 192 ist mit
einem schematisiert dargestellten, steuerbaren Ventil 204 versehen,
dessen Durchlaß auf
der Basis der Kraft eingestellt werden kann, die durch den Kraftsensor 200 oder
die Kolben-Zylindereinheit 202 gemessen ist. Der Kraftsensor 200 besitzt
einen zentralen Sprühflüssigkeitsdurchgang
für den
Durchtritt von Strahlflüssigkeit
vom Ventil 204 zu dem Strahlflüssigkeitsrohr 192.
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17 zeigt zwei Strahlgrabeinheiten 184 mit
einer gemeinsamen Mischkammer 188. An der Unterseite der
Mischkammer befindet sich eine Pumpe 206, um die Mischung
aus Strahlflüssigkeit
und Erdreich, die in der Mischkammer 188 vorhanden ist, an
eine Austragleitung 208 abzuführen.
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18 zeigt die Weise, in der
das Strahlflüssigkeitsrohr 192 und
die Platten 196, 198, die mit ihm verbunden sind,
in der Richtung des Pfeiles 210 mit Hilfe der Kolben-Zylindereinheit 202 verschoben
werden können,
bis die Rückplatte 188 mit
dem Durchgang 190 in Berührung kommt. Das Ventil 204 ist
geschlossen. Diese Option ist besondere vorteilhaft, um zu ermöglichen,
dass ein Hindernis 212, das in der Grabungskammer 186 befindlich
ist, in die Mischkammer 188 eintritt. Wenn die Abmessungen
des Hindernisses größer sind
als die Größtabmessung von
Stücken,
die durch die Pumpe 206 gepumpt werden können, kann
das Hindernis 212 in einem Brechwerk 214 gebrochen
und sodann mittels der Pumpe 206 abgeführt werden. Natürlich könnte die
Mischkammer 188 auch in der Nähe ihrer Unterseite geöffnet werden,
um das Hindernis 212 zu entnehmen.
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In
der Position der Platten 196, 198, die in 18 gezeigt ist, ist die
normale Trägerfunktion
der Platten relativ zur Grabungsfront nicht länger vorhanden. Wenn zu erwarten
ist, dass die Grabungsfront in der Grabungskammer 186 in
dieser Situation nicht halten wird, wird die Mischkammer vorübergehend mit
einer Stützflüssigkeit,
beispielsweise mit Bentonit, über
eine geeignete Zuführöffnung (nicht
in näheren
Einzelheiten gezeigt) gefüllt,
und wird in einem Maße
unter Druck gesetzt, welches eine ausreichende Abstützung für die Grabungsfront
bietet. Als Alternative kann über
das Rohr 192 Bentonit auf die freiliegende Grabungsfront
gespritzt werden, und die Mischkammer 188 kann mit Druckluft
gefüllt
werden (wenn beispielsweise ein menschlicher Eingriff in der Mischkammer 188 wünschenswert
sein sollte).
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19 macht klar, dass diejenige
Seite der Strahlgrabeinheiten, die dem Erdreich zugewandt sein soll,
in solcher Weise geformt sein kann, dass eine geneigte oder gekrümmte Oberfläche an der Vorderseite
der Grabvorrichtung gebildet wird, an Stelle einer Oberfläche, die
quer zur Grabungsrichtung ausgerichtet ist, wie in 9 gezeigt. 19 zeigt
einen Querschnitt durch zwei Kanalwände 220, 222 mit
einer Anzahl von Strahlgrabeinheiten 224, die in der Kanalwand 220 angeordnet
sind. Die Strahlgrabeinheiten 224 sind in einer Trägerstruktur (nicht
in näheren
Einzelheiten gezeigt) aufgenommen und weisen, wie klar in 19a gezeigt ist, jede ein
Sprühflüssigkeitsrohr 226,
eine Grabungskammer 228, eine Mischkammer 230,
eine Frontplatte 232, eine Rückplatte 234 und eine
Pumpe 236 zum Abführen
einer Mischung aus Sprühflüssigkeit
und Erdreich auf.
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Die
in 19 gezeigte Option
ist beispielsweise vorteilhaft, wenn Querverbindungen zwischen zuvor
gegrabenen Tunneln erstellt werden. Komponenten der Grabvorrichtung
für die
Bildung der Querverbindung können
bereits in der Wand 220 eines Tunnelrohres als Wandelement
eingebaut sein, wenn ein Tunnel gebildet wird, beispielsweise die
Trägerstruktur
(Komponenten davon), Frontplatten und Rückplatten. Um die Bildung der
Verbindung zu beginnen, werden die übrigen Komponenten so angeordnet,
dass die Grabvorrichtung betriebsbereit wird.
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20 zeigt eine Pumpe 240 mit
einer Förderleitung 242,
die mit einem Verteiler 244 verbunden ist. Vom Verteiler 244 verläuft eine
Mehrzahl von, in diesem Falle vier, Leitungen 246, die
jede mit einem steuerbaren Ventil 248 versehen ist, zu
Strahlflüssigkeitsrohren 250 von
Strahlgrabeinheiten 252. Eine Systemleitung 254,
in die ein steuerbares Ventil 255 eingebaut ist, verläuft auch
vom Verteiler 244 zu einer gemeinsamen Mischkammer 256 der
Strahlgrabeinheiten 252. Eine Pumpe 258 führt eine
Mischung aus Sprühflüssigkeit
und Erdreich, die sich in der Mischkammer 256 ansammelt, über eine
Leitung 260 ab.
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Die
Pumpe 240 liefert eine konstante Durchflußrate, die
an die Höchstmenge
erforderlicher Sprühflüssigkeit
angepaßt
ist. Diese Flüssigkeitsmenge
wird auf die verschiedenen Strahlgrabeinheiten 255 durch
das Steuermittel der Grabvorrichtung verteilt, mit Hilfe der Ventile 248 und
auf Grundlage der gemessenen Grabungskraft für jede Strahlgrabeinheit 252.
Die übrige
Menge an Sprühflüssigkeit strömt durch
die Systemleitung 254 über
das Ventil 255 zu der Mischkammer 256. Auf diese
Weise wird die Gesamtmenge an Sprühflüssigkeit, die durch die Pumpe 240 zur
Grabvorrichtung zugeführt
wird, nicht durch die ständig
sich ändernden
Sprühflüssigkeitsbedürfnisse
der einzelnen Strahlgrabeinheiten 252 beeinflußt, und
der Strom von Sprühflüssigkeit/Erdreich-Mischung,
den die Pumpe 258 abzuführen
hat, bleibt konstant. Wenn die Art des Erdreiches so ist, dass die
maximale Sprühkapazität erforderlich
ist, verläuft
der gesamte, durch die Pumpe 240 gelieferte Strom zu einer
oder mehreren Strahlgrabeinheiten 252. Wenn andererseits
keine Strahlkapazität
erforderlich ist, verläuft
die gesamte, durch die Pumpe 240 gelieferte Strömung über das
Ventil 255 zur Mischkammer 256.
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Das
Ventil 255 regelt den Druck, der als Systemdruck bezeichnet,
oberhalb der Ventile 248. Dieser Systemdruck muß immer
zumindest um einen Bruchteil höher
sein als der Maximaldruck, der zu einem speziellen Zeitpunkt für die eine
oder für
mehrere Strahlgrabeinheiten erforderlich ist. Als Folge davon, dass
der Systemdruck variiert wird, ist der Lieferdruck der Pumpe 240 nicht
höher oder
lediglich etwas höher
als erforderlich, und der Druckabfall an den Ventilen 248 ist
minimiert. Im Ergebnis bleibt der Energieverlust im Pumpensystem
ebenfalls begrenzt.
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Der
Systemdruck kann auch in vorbestimmte Bereiche unterteilt sein,
beispielsweise von 0–10
bar, von 10–30
bar und von 30–50
bar. Wenn beispielsweise der zu einem vorbestimmten Zeitpunkt benötigte Systemdruck
17 bar ist, stellt das Ventil 255 einen Systemdruck von
30 bar zur Verfügung,
da 17 bar im Bereich von 10–30
bar liegt.
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Der
Grabungsprozeß kann
nicht nur durch Messung der Kräfte
gesteuert werden, die auf zumindest eine Strahlgrabeinheit durch
den Untergrund ausgeübt
werden. Als Alternative ist es möglich,
ein so genanntes Massengleichgewicht oder Erdreichgleichgewicht
für eine
oder mehrere Strahlgrabeinheiten zu überwachen. Die Menge an Erdreich,
die durch die eine oder durch mehrere Strahlgrabeinheiten angesammelt
wird, wird aus der Verschiebung der Strahlgrabvorrichtung in der
Grabungsrichtung pro Zeiteinheit berechnet. Die Menge an Erdreich,
die durch eine oder durch mehrere Strahlgrabeinheiten ausgegraben
wird, wird ermittelt, indem man die Durchflußrate der Mischung misst, welche
aus der Strahlgrabeinheit oder den Strahlgrabeinheiten abgeführt wird,
und durch Messen der Dichte dieser Mischung. In diesem Falle wirken
die Steuermittel zur Steuerung des Grabens durch die Grabvorrichtung aufgrund
des ermittelten Erdreichgleichgewichts, beispielsweise, um eine
Durchflußrate
der Sprühflüssigkeit
einzustellen, die in zumindest einer der Strahlvorrichtungen verwendet
wird. Sämtliche
der weiteren Funktionen, die oben auf Basis der Kraftmessung an einer
oder an anderen Strahlgrabeinheiten erhalten wurden, können auch
aufgrund des Überwachens des
Erdreichgleichgewichts erhalten werden. Für die Messung der Dichte wird
Kernstrahlung benutzt, wofür
geeignete Schutzmaßnahmen
erforderlich sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
Beispielsweise ist es möglich,
einen oder mehrere Sensoren 4 nicht nur für eine Anordnung
von Strahlgrabeinheiten 2 zu benutzen, sondern auch für eine einzelne
Strahlgrabeinheit, in welchem Falle, obgleich das Beibehalten des
Erdreichausgleiches zwar ausreichend ist, dieses jedoch weniger
wirksam, einfach und billig ist als die Option der Verwendung von
Sensoren, um für das
Steuern der Grabung die Kräfte
zu messen, die das auszugrabende Erdreich auf die Grabvorrichtung ausübt.