JP6484699B2 - トンネルボーリングマシーンの掘削工具の機械的負荷検出用高精度センサ - Google Patents

Description

本発明は、掘削工具、掘削工具の機械的負荷の検出システム、ボーリングヘッド及びトンネルボーリングマシーンに関する。

トンネルボーリングマシーンはトンネルの建設に使用される機械である。トンネルボーリングマシーンの構成要素は、送り・緊張装置（Vorschub- und Verspanneinrichtungen）を有する掘削シールド、支持・補強手段（Stuetz- und Ausbaumassnahmen）の取付けのための装置、物質移送のための装置、供給ユニット（電流、圧縮空気、通気、水）及び破砕材料（Ausbruchsmaterial）、支持手段（Stuetzmittel）及び補強材料（Ausbaumaterialien）のための移送装置である。トンネルボーリングマシーンの前側のボーリングヘッドは岩盤を破砕するための掘削工具（Abbauwerkzeugen）（複数）を備えている。

トンネルボーリングマシーンの場合、ボーリングヘッドに保持された（取付けられた）掘削工具に作用する機械的負荷を知ることは、構成要素ないし部品の精密な制御のための基礎として重要である。これは、多くの場合汚れた環境において、大きな機械的負荷の影響下で、従ってラフな条件下で必要とされる。

ＤＥ ２０ ２０１２ １０３ ５９３ Ｕ１ ＤＥ １００ ３０ ０９９ Ｃ２

本出願人であるレオーベン鉱山大学（Montanuniversitaet Leoben）のＤＥ ２０ ２０１２ １０３ ５９３ Ｕ１には、岩盤の掘削のためのトンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドのための掘削工具が記載されている。この掘削工具は、カッターローラを収容・支承するための、ボーリングヘッドに組み込み可能なカッターローラ固定装置（カッターローラは岩盤の掘削のためにカッターローラ固定装置に交換可能に収容可能であるか収容されている）と、掘削工具の、とりわけカッターローラの、機械的負荷を検出するためのセンサ装置を有する。このセンサ装置は、カッターローラ固定装置に接して及び／又はその中に及び／又はその一部として設けられている。この掘削工具は、ユーザフレンドリーでありかつ高性能ではあるが、所定の条件下では、検出精度に関し、依然として改善の余地があり得る。

ＤＥ １００ ３０ ０９９ Ｃ２には種類は離れるが更なる先行技術が記載されている。

本発明の課題はボーリングヘッドに保持された掘削工具に作用する機械的負荷を検出するための高精度センサを提供することである。

この課題を解決するために、本発明の一視点により、岩盤の掘削のためのトンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドのための掘削工具が提供される。
該掘削工具は
回転可能なカッターローラの収容及び支承のための、ボーリングヘッドに組込み可能なカッターローラ固定装置と、
岩盤の掘削のための、回転可能にカッターローラ固定装置に収容可能であるか又は収容されているカッターローラと、
掘削工具の機械的負荷を検出するためのセンサ装置と
を有し、
センサ装置は、カッターローラ固定装置及び／又はカッターローラに少なくとも部分的に取り付けられているスリーブとして構成されており、かつ、該スリーブには少なくとも１つの負荷感受性素子が取り付けられており、
カッターローラ固定装置は、カッターローラ収容器と、カッターローラをカッターローラ収容器に固定するための及び／又はカッターローラ収容器をボーリングヘッドに固定するための少なくとも１つの固定要素を有し、
センサ装置の少なくとも１つの負荷感受性素子は少なくとも１つの固定要素から分離されて設けられており、
スリーブは、カッターローラ固定装置のＣ字型部材に配されている。

本発明の一実施形態に応じ、岩盤を掘削するためのトンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドのための掘削工具が提供される。掘削工具は、カッターローラを収容・支承するための、ボーリングヘッドに組み込み可能な（とりわけ収容軸受を有する）カッターローラ固定装置、該カッターローラは岩盤の掘削のためにカッターローラ固定装置に（とりわけ収容軸受に）―とりわけ交換可能な態様で―収容可能であるか収容されており（但し、カッターローラは有利には能動的に（アクティブに）駆動されるのではなく、単に岩盤に対して転動（ないし回転）されると、掘削工具の、とりわけカッターローラの、機械的負荷を検出するためのセンサ装置（これは少なくとも１つの負荷感受性素子、センサ信号を評価ユニットに伝送するための接続手段等を有することができる）とを有し、センサ装置は、カッターローラ固定装置内に及び／又はカッターローラに少なくとも部分的に取り付けられるスリーブとして構成されており、かつ、該スリーブには少なくとも１つの負荷感受性素子が取り付けられている。

本発明の他の一実施形態に応じて、岩盤を掘削するためのトンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドの掘削工具の（とりわけカッターローラの）機械的負荷の検出システムが提供される。このシステムは上記の特徴を有する掘削工具を有し、及び、該システムは、少なくとも１つの負荷感受性素子のセンサ信号に基づいて、掘削工具のカッターローラに作用する機械的負荷を表す情報（例えば１又は複数の作用する力成分の大きさ及び／又は方向）を求める（決定する）よう構成された評価ユニット（例えば電子的プロセッサ）を有する。

本発明の更なる一実施形態に応じて、岩盤を掘削するためのトンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドが提供される。このボーリングヘッドは、掘削工具を保持するための複数の（とりわけ前側ないし岩盤側の）掘削工具保持器を有し岩盤に対し回転的に及び並進（直進）的に運動可能な（例えばシリンダ状の）ボーリングボディと、該複数の掘削工具保持器にとりわけ交換可能に保持可能であるか保持されている上記の特徴を有する複数の掘削工具を有する。

本発明の更に他の一実施形態に応じて、上記の特徴を有するボーリングヘッドを有する岩盤掘削用トンネルボーリングマシーンが提供される。

例示的一実施形態に応じて、トンネル建設の際に、より正確にいえばカッターローラ（複数）を有する掘削工具（複数）によるトンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドのボーリング運転中に、１又は複数の（例えば帯状ひずみゲージ（Dehnmessstreifen）のような）負荷感受性素子を中空スリーブに組み込むことによって、極めて高精度で力測定を行うことが可能であり、この中空スリーブは、掘削工具の任意の部位に対して、カッターローラ固定装置及び／又はカッターローラにおける対応するスリーブ（収容）孔に組み込まれることができる。有利には両端側で開口し、そのため（内部に）アクセス可能な中空体を負荷感受性素子の収容のための収容基体（ベース）として使用することによって、掘削工具における負荷測定の位置が自由に選択可能になる（このためにはセンサスリーブが収容されるスリーブ（収容）孔を所望の部位に形成するだけでよい）だけではなく、更に、壁の薄い（肉薄の）中空スリーブボディの弾力性を、測定の感度を従来のもの（Ansaetzen）に比べてまさに革新的に大きくするために、有利に使用することができる。

例示的一実施形態に応じて、モジュール式測定ユニットがスリーブの形態で提供されるが、これは岩盤の破壊のための工具の外部的切断力を求めるよう構成されている。スリーブは、力結合的に（摩擦力結合式に：kraftschluessig）、材料結合的に（材料自体による結合式に：stoffschluessig）及び／又は形状結合的に（ありつぎ式に：formschluessig）直接に工具の周辺領域（Umfeld）に配置する（配設する）ことができる。そのような構造は、測定信号を外部の負荷に直接割り当てる（対応させる）ことができるという利点を有する。スリーブ（複数）と（１又は複数の）負荷感受性素子を含むそのような複数のセンサ装置を組み合わせて設けることによって、複数の異なる力及びそれらの方向の測定をほぼ任意の位置において行うことができる。（ボルト形態の代わりに）スリーブ形態に構築されかつ複数の戦略的な（好都合な）位置に対する使用のために適切に配向・位置付けされたセンサ（複数）について試験すると、線形性（３〜５％又はこれより良好）、ヒステリシス（非常に小さい）及びオフセット特性（Offsetverhalten）に関し優れたパフォーマンスが示される。

更に、上記掘削工具、上記システム、上記ボーリングヘッド及び上記トンネルボーリングマシーンの更なる例示的な形態を以下に説明する。

一実施形態に応じて、カッターローラ（ディスク）固定装置は、カッターローラ（ディスク）収容器と、カッターローラ収容器にカッターローラ（ディスク）を固定するための及び／又はボーリングヘッドにカッターローラ収容器を固定するための少なくとも１つの固定要素とを有する。センサ装置の少なくとも１つの負荷感受性素子は、少なくとも１つの固定要素から（とりわけ機能的に及び空間的に）分離されて設けられている。掘削工具のセンサ装置の負荷感受性素子の位置がネジやボルトのような固定要素から引き離されることにより、予め設定される位置の負荷測定の固定要素からの独立（非依存性）が達成される。試験したところ、カッターローラに対するセンサスリーブの位置ないし更にはセンサスリーブの配向を目標を定めて（適切に：gezielt）選択することによって、感度の著しい向上を達成することができた。固定要素は、その固定機能を発揮可能にするために、その性質上、大きな機械的安定性（Stabilitaet）及び頑強性（Robustheit）を、従ってマッシヴな（がっしりとした中実・塊状の：massiv）形態も、有する必要がある。これに対し、必要（要求）に応じて（例えば摩損の場合に）交換されることがあるセンサスリーブは、敢えて、トンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドに生じるような外部の負荷にそれ自身が（例えば反り又は変形という形で）追従する薄壁体（肉薄ボディ）として構成可能である。

一実施形態に応じて、スリーブの少なくとも一部は、（とりわけネジが形成されていない：gewindefrei）中空シリンダとして（例えばパイプ片（パイプの一部）として）、更にはとりわけ中空の円筒体として、構成可能である。例えば、そのような中空シリンダは、軸方向の貫通孔を有することが可能であり、この場合、大きな面積の内周壁に負荷感受性素子を取付けることができる。そのようなセンサの取付けは、取付け技術的に容易であるだけではなく、センサは運転中に破壊からも保護される。この場合、検出精度に関して妥協する必要はない。貫通孔構造の代わりとなる一形態によれば、実質的に中空シリンダ状のスリーブボディにその一端側又は両端側において軸方向の袋状（有底）穴（Sackloecher）を形成することができる。なお、この１つ又は２つの袋状穴はセンサスリーブの内部の平坦な取付け面に通じており、そのため、この取付け面には１つ又は複数の負荷感受性素子を僅かな労力で取付けることができる。センサスリーブが円筒状の外周面を有することにより、掘削工具の所望の測定位置に形成された円形の（穿）孔にセンサスリーブを挿入することができる。

一実施形態に応じて、少なくとも１つの負荷感受性素子の少なくとも１つは、スリーブ壁の内周面に取付けることができる。センサスリーブの内壁（内周面）は、例えば接着又は壁の窪みへの押込みによる、センサの取り付けのために好適な部位である。センサスリーブの内壁において、負荷感受性素子は、とりわけ掘削工具のスリーブ収容孔に打ち込み又はねじ込みの際に、損傷に対して保護されると共に、ボーリングプロセス中において測定精度が損なわれることもない。そのため、内壁の所定の軸方向及び又は半径方向位置に負荷感受性素子を目標を定めて（適切に）取付けることにより、方向依存性の負荷情報の取得も可能になる。

一実施形態に応じて、複数の負荷感受性素子は、互いに対しラジアルに（半径方向で見て、周方向に）角度をずらしてスリーブ壁の内周面に取付けることも可能である。センサスリーブの内壁の周に沿って複数の負荷感受性素子を互いに対し角度をずらして取付けることにより、方向依存性の力情報の検出が可能になる。そのような幾何学的（空間）配置は、とりわけフルブリッジ回路（これは（例えばフルブリッジを構成するよう接続された４つの負荷感受性素子が同じ温度状態にある場合）測定結果の温度非依存性を保証することができる）のために、有利である。更に、典型的なセンサスリーブの大きさ（例えば長さ１０ｍｍ〜１００ｍｍ、とりわけ２０ｍｍ〜６０ｍｍ、直径３ｍｍ〜３０ｍｍ、とりわけ６ｍｍ〜２０ｍｍ）は、精密かつエラーロバストな（エラー耐性の：fehlerrobust）帯状ひずみゲージ（Dehnmessstreifen）の形での複数の負荷感受性素子を互いに対し角度をずらして配設するために、十分である。代替的に又は補完的に、センサスリーブの内壁における複数の負荷感受性素子の軸方向における（にずらした）配設も可能である。

一実施形態に応じて、スリーブ壁は、スリーブ壁が負荷感受性素子に作用するボーリング運転時の機械的負荷の影響下で弾性的に変形可能であるよう、薄壁的に（肉薄に）構成可能である（例えば最大で２ｍｍ、とりわけ最大で１ｍｍの厚み）。センサスリーブは、例えば、０．０５ｍｍ〜２ｍｍの、とりわけ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの厚みの特殊鋼のような金属を有することができる。かくして、肉薄のセンサスリーブ自身はセンサの要素として１又は複数の負荷感受性素子と一緒に作用することができる。なぜなら、センサスリーブもまたトンネルボーリングマシーンのボーリング運転時に負荷を受けて弾性的に変形し、ある程度の範囲で動かされ、これが負荷感受性素子にも伝達されるからである。従って、この場合、センサスリーブは単に負荷感受性素子のための担持体であるだけではなく、センサ要素でさえある。まさにその結果として、本発明に応じた掘削工具のとりわけ高い感度が達成される。

一実施形態に応じて、少なくとも１つの負荷感受性素子の少なくとも１つは、スリーブのとりわけ平坦な小プレートに取付け可能である。なお、この小プレートは、スリーブの中空シリンダ状部分内に配置されておりかつ中空シリンダ状部分に取り付けられている。この実施形態に応じて、１又は複数の負荷感受性素子の受容のために使用される小プレートを、センサスリーブの壁部と一体的に構成するか、又はセンサスリーブ内に圧嵌して配される分離式として設けることができる。例えば、小プレートは、当該小プレートがセンサスリーブの互いに向かい合う軸方向の端部間の中央部に配置されるよう、中空シリンダ状の壁部のそのような位置に配置可能である。この小プレート上に負荷感受性素子を取付けることができる。そのため、負荷感受性素子は、トンネルボーリングマシーンのボーリング運転時に、保護された状態であるが、負荷に対し高感度の状態で、センサスリーブの内部に取り付けられている。試験をしたところ、負荷感受性素子のこのような配置により、ヒステリシスが小さくなりかつ感度が極めて高くなるだけではなく、負荷感受性素子を備えたセンサスリーブ・小プレート装置の寿命も長くなることが分かった。小プレートに配された１又は複数の負荷感受性素子に力が妨げられることなく伝達することを可能にするために、小プレートは、その周囲が全体的に、センサスリーブの中空シリンダ状壁部に直接的に接続されることないしこれと境を接することが可能である。

一実施形態に応じて、複数の負荷感受性素子を互いに対しラジアルに角度をずらして小プレートに取付けることができる。例えば、４つの負荷感受性素子を、その整列直線群（Fluchtlinien）が十字状をなすように、互いに対し夫々９０°隔てて小プレート上に取付けることができる。代替的に又は補完的に、例えばセンサスリーブの内部に複数の小プレートを設けることによって、軸方向の異なる位置に負荷感受性素子を取り付けることによって、取得した負荷データの空間分解能（解像度）を更に精細にすることも可能である。

一実施形態に応じて、小プレートは膜（振動板：Membran）として構成可能である。ボーリング運転時に外部の負荷の印加の結果として生じる振動に追従する振動可能なないし可動の膜として小プレートを構成する場合、センサ装置の感度はとりわけ大きい。

一実施形態に応じて、２つの負荷感受性素子を互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁の内周面に取付けると共に、２つの更なる負荷感受性素子を当該内周面から分離して（離隔して）設けることも可能である。例えば図２に示したそのような構造の場合、内周面に取り付けられた２つの負荷感受性素子が第１に力測定を行うことが可能であり、他方、（例えばスリーブの内部に非固定的に（離隔して：lose）配設可能な）他の２つの負荷感受性素子は温度補償のためにブリッジ回路の枝路に配することができる。

とりわけ好ましい他の一実施形態に応じて、４つの負荷感受性素子をスリーブのとりわけ平坦な小プレートにおいてスリーブ軸の周りでラジアルに分散して（verteilt）取付けることが可能であり、この場合、小プレートはスリーブの中空シリンダ状部分内に配されかつ中空シリンダ状部分に取り付けられる。例えば図３に示したようなそのような実施形態に応じ、フルブリッジ回路の４つの負荷感受性素子のすべてが小プレートに（有利には共通の主要面（Hauptflaeche）に、更に有利には実質的にｘ型ないし十字型パターンで）取付けられ、該４つの負荷感受性素子の２つは第１方向に沿って配向され、他の２つの負荷感受性素子は有利には第１方向に対して直角をなす第２方向に沿って配向されている。そのような構造は、検出精度、（検出曲線の）線形性（直線性）、ヒステリシス特性及び機械的頑強性に関しとりわけ良好な性質を示す。

一実施形態に応じて、４つの負荷感受性素子を互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁の内周面に取付けることができる。これに対応する実施例は図４に示されており、同様に、センサスリーブの内壁に対する負荷感受性素子の対称的な取付けによって、作用する力のエラーロバストな（エラー耐性の：fehlerrobust）測定を可能にする。その結果として得られる周囲に対する負荷感受性素子の保護は、ボーリング運転の過酷（harsch）かつラフ（rau）な条件下ではとりわけ有利である。

一実施形態に応じて、掘削工具は、カッターローラ固定装置に及び／又はカッターローラに少なくとも部分的に取付け可能な少なくとも１つの更なるスリーブと、該更なるスリーブに取付けられる少なくとも１つの負荷感受性素子とを有することが可能であり、この場合、スリーブと更なるスリーブは掘削工具の異なる位置にかつ互いに対し角度をなして、とりわけ互いに直角に、配置可能である。即ち、有利には、１つの掘削工具に、相補的ないし相互補完的な又は検出精度を高める情報を供給可能な複数のセンサスリーブを設けることができる。とりわけ、２つのセンサスリーブの互いに対し角度をなす、有利には直角をなす取付け（即ち互いに対し９０°の角度をなすスリーブ軸の配置）は、相補的な情報を供給するだけではなく、例えばカッターローラ装置の回転力、垂直力（法線力）及び軸力のような異なる力成分の検出も可能にする。

一実施形態に応じて、スリーブは、カッターローラ固定装置のカッターローラ保持ブロックに配設可能である。そのようなカッターローラ保持ブロックは、掘削工具においてカッターローラを支承する機能を有し（に役立ち）、ボーリングヘッドにおける取付けのためにさえも構成可能である。そのようなカッターローラ保持ブロックは、１又は複数のセンサスリーブを収容するための１又は複数のスリーブ収容孔を形成するための可能性を提供する。更に、カッターローラ保持ブロックは、急速に摩耗するカッターローラの交換の際に一貫して取付けられた状態に維持されることが可能であり、そのため、カッターローラを単に交換するだけのために、センサケーブルの大がかりな取外し及び再取付けは不要である。

一実施形態に応じて、スリーブは、カッターローラ固定装置のカッターローラ保持器に、とりわけＣ字型（コの字型）部材に配設可能である。カッターローラ保持器のＣ字型部材は、その横断面が実質的にＣ字状をなす軸受部材である。そのようなＣ字型部材は、カッターローラ自身の特に近くに配設され、そのため、有限要素シミュレーションが示すように、作用する負荷に対し特に感度が良く、換言すれば、ボーリング運転中に掘削工具に作用する力を高感度に求める（決定する）ための特に正確なセンサデータの供給を可能にする。

一実施形態に応じて、スリーブは、カッターローラシャフトの部分として配設可能である。センサスリーブのスリーブ状の幾何学的形状は、カッターローラ自身のシャフト孔の中に、この位置において最も正確な（極めて正確な）力データを検出可能にするために、嵌め込まれることが想定されている。カッターローラの交換の際には、スリーブは、単に、スリーブシャフト［カッターローラ］から取り出されないし引き抜かれ、新たなカッターローラに嵌め込むだけでよい。かくして、（例えば摩損のために）カッターローラを交換する際のセンサスリーブの新たな取付けも簡単な措置で行うことができる。

センサスリーブをカッターローラの他の部位に、例えばカッターローラのカッターリングの肉厚部分の穿孔に配することも代替的に又は補完的に可能である。

一実施形態に応じて、掘削工具は、センサ信号を導くための少なくとも１つのセンサライン（導線ないしケーブル）を有することができ、この場合、少なくとも１つのセンサラインは少なくとも１つの負荷感受性素子から出発し、スリーブの内部空間（Lumen）を少なくとも部分的に貫通して延伸する。１つのアクセス開口又は２つのアクセス開口を有するセンサ装置のスリーブ状形態は、センサスリーブ内の負荷感受性素子に対するケーブルの引き込み及び引き出しを僅かな手間ですること、及び、同時にこれら（負荷感受性素子）を周囲から機械的に保護することを可能にする。このことは、本発明に応じた解決策の著しい利点を提供する。なぜなら、トンネルボーリングマシーンの運転中に支配的に存在するようなラフな条件下において、長時間運転の場合にも、負荷感受性素子からの信頼性の高い電気信号の提供が保証されるからである。

ケーブル接続による（有線式の）信号及び又はエネルギ供給の代わりに、１又は複数の負荷感受性素子と評価又は制御ユニットとのワイヤレスの（無線式の）通信も可能であり、例えばこれは例えばＲＦＩＤタグのようなトランスポンダを使用することによって実現される。

カッターローラとは、本出願の枠内においてとりわけ、岩盤を切削的に除去するよう構成されている回転（ないし転動）可能物体として理解されるものである。好ましくは、カッターローラは、回転たがね（Rollenmeissel）と称されることもあるディスクである。ディスクの外側リングは、切削リング（Schneidring）と称されることもある。ディスクは、能動的に（アクティブに）は駆動されず、切削部位（切り端：Ortsbrust）において回転（転動）される。カッターローラの他の例示的一実施形態は、いぼ付たがね（Warzenmeissel）であり、これは複数のいぼ状突起を有する回転可能物体であり、例えば（例えばプラチナ採掘のために）極めて硬い岩盤の掘削ために使用される。

一実施形態に応じて、少なくとも１つの負荷感受性素子は帯状ひずみゲージ（Dehnmessstreifen）として構成可能である。帯状ひずみゲージは、伸び変形を検出するための測定装置であり、これは、僅かな変形だけでその電気抵抗が変化し、そのため、伸びセンサとして使用可能である。例えば、帯状ひずみゲージは、スリーブに貼り付けられ又はその他の方法で固定されることができ、そのため、掘削工具の運転時に負荷を受けて変形することができる。この変形又は伸びにより、帯状ひずみゲージの（電気）抵抗は変化する。（これに応じた）相応の電気信号が検出され、評価されることができる。帯状ひずみゲージは、ボーリングヘッドの周辺を支配しているラフな条件に適合可能なため、ボーリングヘッドについての要求にとりわけ良好に適合されたコストの低い負荷感受性素子である。負荷感受性素子として帯状ひずみゲージを使用する代わりに、ピエゾセンサを負荷感受性素子として使用することも可能である。

一実施形態に応じて、掘削工具は、ウェッジロック式（Wedge-Lock）掘削工具として又はさしこみ軸式（Steckachsen）掘削工具として構成することも可能である。これらの２つのタイプの掘削工具はトンネルボーリングマシーンにおいて頻繁に使用されることは、当業者には知られている。さしこみ軸式掘削工具の一例は「コニカルサドルシステム（conical saddle system）」とも称される。さしこみ軸式掘削工具は例えばＡｋｅｒ Ｗｉｒｔｈ社から提供されている。ウェッジロック式掘削工具は例えばヘレンクネヒト（Herrenknecht）社又はロビンズ（Robbins）社から提供されている。

一実施形態に応じて、スリーブの内部において該スリーブと該スリーブに取付けられる少なくとも１つの負荷感受性素子の間に、スペース（空隙）を残置する（形成ないし確保する）ことも可能である。例えば、１又は複数の負荷感受性素子を実装した後に自由に利用可能なスペースの空間容積は、センサスリーブの全容積（即ち空間容積＋固体部分の容積）の少なくとも１０％、とりわけ少なくとも３０％、更にとりわけ少なくとも５０％とすることができる。スリーブに少なくとも１つの負荷感受性素子を取付けた後にスリーブ内部にスペースが維持されていることにより、有利には、ボーリング運転時に作用する力の影響下でのスリーブ及び／又は負荷感受性素子のある程度の補償（バランス）運動が可能になる。更に、空間容積が維持されることにより、ケーブル接続の容易化や、スリーブ内部に（例えば温度不感性（温度変化に対し不変性）フルブリッジを形成するために）個々の（幾つかの）負荷感受性素子をゆるく（離隔して）取付けることが可能になり、そのため、センサ装置の構成の際に設計自由度も大きくなる。

一実施形態に応じて、スリーブは、カッターローラ固定装置及び／又はカッターローラと一体的に、とりわけ同一材料で、構成することができる。例えば、スリーブは、カッターローラ固定装置ないしカッターローラの穿孔に溶接で固定するか又ははんだづけで固定することが可能であり、或いは、スリーブは、他の方法でカッターローラ固定装置ないしカッターローラと分離不能に又は更には一体的に構成することも可能である。

一実施形態に応じて、センサ装置は、４つの、とりわけ丁度４つの負荷感受性素子を有し、この場合、カッターローラに作用する押圧力（Anpresskraft）、横力（Seitenkraft）及び回転力（Rollkraft）を表す情報を、これら４つの負荷感受性素子のセンサ信号に基づいて求める（決定する）ための評価ユニットを設けることも可能である。そのような構成は、４つの負荷感受性素子は、３つの測定パラメータ即ち押圧力、横力及び回転力を表すだけではなく、これらの測定パラメータをその上冗長的に（重複的に）（ueberbestimmt）求める（決定する）ことを可能にする部分的に冗長な（重複する）センサ信号を検出するという利点を有する。かくして、トンネルボーリングマシーンのラフな条件下ではとりわけ有利なことであるが、高精度の測定データの取得が可能になる。

以下に、本発明の好ましい形態を示す。
（形態１）本発明の第１の視点により、岩盤の掘削のためのトンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドのための掘削工具が提供される。
該掘削工具は
回転可能なカッターローラの収容及び支承のための、ボーリングヘッドに組込み可能なカッターローラ固定装置と、
岩盤の掘削のための、回転可能にカッターローラ固定装置に収容可能であるか又は収容されているカッターローラと、
掘削工具の機械的負荷を検出するためのセンサ装置と
を有し、
センサ装置は、カッターローラ固定装置及び／又はカッターローラに少なくとも部分的に取り付けられているスリーブとして構成されており、かつ、該スリーブには少なくとも１つの負荷感受性素子が取り付けられており、
カッターローラ固定装置は、カッターローラ収容器と、カッターローラをカッターローラ収容器に固定するための及び／又はカッターローラ収容器をボーリングヘッドに固定するための少なくとも１つの固定要素を有し、
センサ装置の少なくとも１つの負荷感受性素子は少なくとも１つの固定要素から分離されて設けられている。
（形態２）形態１の掘削工具において、スリーブの少なくとも一部分は、中空シリンダとして構成されていることが好ましい。
（形態３）形態１又は２の掘削工具において、少なくとも１つの負荷感受性素子の少なくとも１つは、スリーブ壁の内周面に取り付けられていることが好ましい。
（形態４）形態３の掘削工具において、複数の負荷感受性素子は互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁の内周面に取り付けられていることが好ましい。
（形態５）形態３又は４の掘削工具において、スリーブ壁は、当該スリーブ壁が負荷感受性素子に作用するボーリング運転時の機械的負荷の作用下で弾性的に変形可能であるよう、肉薄に構成されていることが好ましい。
（形態６）形態１〜５の何れかの掘削工具において、少なくとも１つの負荷感受性素子の少なくとも１つは、スリーブの小プレートに取り付けられており、該小プレートは、スリーブの中空シリンダ状部分の中に配されかつ該中空シリンダ状部分に取り付けられていることが好ましい。
（形態７）形態６の掘削工具において、複数の負荷感受性素子は互いに対しラジアルに角度をずらして小プレートに取り付けられていることが好ましい。
（形態８）形態６又は７の掘削工具において、小プレートは膜として構成されていることが好ましい。
（形態９）形態１又は２の掘削工具において、２つの負荷感受性素子は、互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁の内周面に取り付けられており、かつ、２つの更なる負荷感受性素子は、該内周面から分離されて設けられていることが好ましい。
（形態１０）形態１又は２の掘削工具において、４つの負荷感受性素子は、スリーブの小プレートにスリーブ軸の周りにラジアルに分散されて取り付けられており、該小プレートは、スリーブの中空シリンダ状部分の中に配されかつ該中空シリンダ状部分に取り付けられていることが好ましい。
（形態１１）形態１又は２の掘削工具において、４つの負荷感受性素子は、互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁の内周面に取り付けられていることが好ましい。
（形態１２）形態１〜１１の何れかの掘削工具において、カッターローラ固定装置及び／又はカッターローラに少なくとも部分的に取り付けられる少なくとも１つの更なるスリーブを有し、更なるスリーブには当該更なるスリーブに取り付けられている少なくとも１つの負荷感受性素子を有し、スリーブと更なるスリーブは、互いに対し角度をなして配されていることが好ましい。
（形態１３）形態１〜１２の何れかの掘削工具において、スリーブは、カッターローラ固定装置のカッターローラ保持ブロックに配されていることが好ましい。
（形態１４）形態１〜１２の何れかの掘削工具において、スリーブは、カッターローラ固定装置のカッターローラ保持器に配されていることが好ましい。
（形態１５）形態１〜１２の何れかの掘削工具において、スリーブは、カッターローラ固定装置のＣ字型部材に配されていることが好ましい。
（形態１６）形態１〜１３の何れかの掘削工具において、スリーブは、カッターローラシャフトの部分として配されていることが好ましい。
（形態１７）形態１〜１６の何れかの掘削工具において、センサ信号を導くための少なくとも１つのセンサラインを有し、
少なくとも１つのセンサラインは、少なくとも１つの負荷感受性素子から出発し、スリーブの内部空間を少なくとも部分的に貫通して延伸することが好ましい。
（形態１８）形態１〜１７の何れかの掘削工具において、少なくとも１つの負荷感受性素子は、帯状ひずみゲージ又はピエゾ素子として構成されていることが好ましい。
（形態１９）形態１〜１８の何れかの掘削工具において、カッターローラは、シャフトと、周在するカッターエッジを有するカッターリングと、軸受とを有することが好ましい。
（形態２０）形態１〜１９の何れかの掘削工具において、ウェッジロック式（Wedge-Lock）掘削工具として又はさしこみ軸式（Steckachsen）掘削工具として構成されていることが好ましい。
（形態２１）形態１〜２０の何れかの掘削工具において、カッターローラは、ディスクとして又はいぼ付たがね（Warzenmeissel）として構成されていることが好ましい。
（形態２２）形態１〜２１の何れかの掘削工具において、スリーブの内部において、スリーブと該スリーブに取り付けられた少なくとも１つの負荷感受性素子の間に、スペースが形成されていることが好ましい。
（形態２３）形態１〜２２の何れかの掘削工具において、スリーブは、カッターローラ固定装置及び／又はカッターローラと一体的に構成されていることが好ましい。
（形態２４）本発明の第２の視点により、岩盤を掘削するためのトンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドの掘削工具の機械的負荷を検出するためのシステムが提供される。
該システムは、
形態１〜２３の何れかの掘削工具と、
少なくとも１つの負荷感受性素子のセンサ信号に基づいて、掘削工具に作用する機械的負荷を表す情報を求めるよう構成された評価ユニットと
を有する。
（形態２５）形態２４のシステムにおいて、センサ装置は、４つの負荷感受性素子を有し、
評価ユニットは、掘削工具のカッターローラに作用する押圧力（Anpresskraft）、横力（Seitenkraft）及び／又は回転力（Rollkraft）を表す情報を、４つの負荷感受性素子のセンサ信号に基づいて求めるよう構成されていることが好ましい。
（形態２６）本発明の第３の視点により、岩盤の掘削のためのトンネルボーリングマシーンのためのボーリングヘッドが提供される。
該ボーリングヘッドは
掘削工具を保持するための複数の掘削工具保持器を有し岩盤に対し回転的に及び直進的に運動可能なボーリングボディと、
複数の掘削工具保持器に保持可能であるか又は保持されている形態１〜２３の何れかの複数の掘削工具と
を有する。
（形態２７）本発明の第４の視点により、形態２６のボーリングヘッドを有する、岩盤の掘削のためのトンネルボーリングマシーンが提供される。
以下に、本発明の複数の例示的実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の例示的実施例に応じた複数の掘削工具が配設されたボーリングヘッドを有するトンネルボーリングマシーン。 本発明の例示的実施例に応じた掘削工具のセンサ装置のセンサスリーブについての、センサスリーブの立体構造、電気的等価回路としての対応するブリッジ回路及びセンサスリーブないしセンサ小プレートの平面図。 本発明の例示的実施例に応じた掘削工具のセンサ装置のセンサスリーブについての、センサスリーブの立体構造、電気的等価回路としての対応するブリッジ回路及びセンサスリーブないしセンサ小プレートの平面図。 本発明の例示的実施例に応じた掘削工具のセンサ装置のセンサスリーブについての、センサスリーブの立体構造、電気的等価回路としての対応するブリッジ回路及びセンサスリーブないしセンサ小プレートの平面図。 本発明の例示的実施例に応じた掘削工具の断面図。とりわけ、本発明の例示的実施例に応じた掘削工具のカッターローラ固定装置においてカッターローラを固定するための固定要素と組み合された本発明に応じたセンサスリーブの適切な位置が示されている。 本発明の例示的実施例に応じた掘削工具の複数の異なる位置におけるセンサスリーブの感度に関する有限要素解析の結果。 本発明の例示的実施例に応じた掘削工具の立体構造図。この場合、２つのセンサスリーブは互いに直角をなすよう配置され、かつ、カッターローラ固定装置のＣ字型部材に配されている。 本発明の例示的実施例に応じた掘削工具の分解図。とりわけ、２つのセンサスリーブの組込み位置と組込み方向が明示されている。 本発明の例示的実施例に応じたセンサスリーブの図２〜図４に示した実施例について、特性曲線の線形性（直線性）、ヒステリシス特性及び感度の解析結果を示すグラフ。 固定要素に組み込まれたセンサスリーブと比べて本発明に応じたセンサスリーブの著しく改善された検出感度を示すグラフ。 本発明の例示的実施例に応じたカッターローラシャフトに組み込まれたセンサスリーブを有する本発明の例示的実施例に応じた掘削工具のカッターローラ。 カッターローラ固定装置に組み込まれたカッターローラと、ボーリング運転中にこのカッターローラに作用する３つの力成分の模式図。

異なる図において同一又は類似の構成要素には同一の図面参照符号が付記されている。

図１は、岩盤１０２（これには既にボーリング坑１８２が形成されている）を掘削するためのトンネルボーリングマシーン１８０を示す。ボーリングは図１に示したボーリング坑１８２が紙面右側に連続的に拡張されることによって行われる。トンネルボーリングマシーン１８０が多数の部品を有することは当業者には既知である。しかしながら、視認性の観点から、図１には多数の（例えば５０〜１００個の）掘削工具１００を有するボーリングヘッド１５０のみが示されている。より詳細に示すと、ボーリングヘッド１５０は駆動装置１８４によって岩盤１０２に対し回転的及び直進（並進）的に運動可能なボーリングボディ１５２を有し、ボーリングボディ１５２の前側（紙面右側）ないし岩盤側の端面には多数の掘削工具保持器ないし収容器１５４が取付けられている。これらはボーリングボディ１５２の円形の端面にわたって分散配置されているが、その様子は図１の断面図では部分的にしか視認することができない。掘削工具保持器１５４の各々は夫々１つの掘削工具１００の保持のために設けられている（適合されている）。換言すれば、１つの掘削工具１００は掘削工具保持器（複数）１５４の各々に組み込まれることができる。

掘削工具（複数）１００の各々はボーリングヘッド１５０に組み込み可能なディスク固定装置１０４を有し、ディスク固定装置１０４は回転能を有するディスク１０６の収容・支承のための収容軸受を有する。ディスク１０６も掘削工具１００の部分である。

各ディスク固定装置１０４はディスク収容器１９４を有し、ディスク収容器１９４は、ディスク１０６を交換可能なモジュールとして収容するために特別に構成された一種のポット（ないしカップ状体：Topf）として構成することができる。固定ネジ（複数）１１０はディスク固定装置１０４の更なる部品を構成する。従って、掘削工具１００の各々は複数の固定ネジ１１０を有し、固定ネジ１１０によって、ディスク１０６が軸受（ベアリング）１２６と一緒に（ボーリングヘッド１５０に）及びディスク収容器１９４がボーリングヘッド１５０に固定される。ディスク１０６はシャフト１２０と、ディスクボディ１２２と、周在する（周方向に延在する：umfaenglich）カッターエッジを有するカッターリング１２４と、軸受１２６とを有する。

ディスク１０６が夫々ディスク固定装置１０４に組み込まれている場合、各ディスク１０６の周在カッターエッジ１２４は岩盤１０２を掘削するために回転（転動）可能な状態で岩盤１０２に接触する。ディスク１０６は、ディスク固定装置１０４の収容軸受に、ないしより正確にいえばディスク収容器１９４に、交換可能に収容されている。

各掘削工具１００はセンサ装置１１２を有し、センサ装置１１２は対応する掘削工具１００の、より正確にいえばディスク１０６の、機械的負荷を検出する。ディスク１０６は、当該ディスク１０６による岩盤１０２の掘削の間、この機械的負荷を受ける。図１に示した実施例では、センサ装置１１２は、ディスク固定装置１０４に（及び他の一実施例では代替的に又は補完的にディスク１０６に）取付けられたスリーブ１７７として構成されている。このスリーブ１１７は、当該スリーブ１１７に取付けられた、帯状ひずみゲージ（Dehnmessstreifen）の形での負荷感受性素子１０８を有する。即ち、スリーブ１７７には帯状ひずみゲージが負荷感受性素子１０８として組み込まれている。結合ケーブルないしセンサライン１７１によって、電気的センサ信号は負荷感受性素子１０８から評価ユニット１２８に伝送されることができる。図２〜図４には、図１に示したセンサ装置１１２の構造の幾つかの例が示されている。

評価ユニット１２８は、これはトンネルボーリングマシーン１８０のプロセッサ（信号処理装置）ないし制御装置の部分であり得るが、負荷感受性素子１０８が測定するセンサデータを受け取り、そのデータから、対応するディスク１０６に作用する機械的負荷を求める（計算する）。

図２は、本発明の例示的実施例に応じた掘削工具１００のための、センサスリーブとも称されるスリーブ１７７の一例を示す。

図２によれば、スリーブ１７７は軸方向に貫通する貫通孔を有する中空円筒体として構成されており、スリーブ１７７の内周壁１７５には、ラジアルに（半径方向で見て、周方向に：radial）互いに対し９０°だけずらされた２つの帯状ひずみゲージが負荷感受性素子１０８として貼り付けられている。これら２つの負荷感受性素子１０８は、関連する掘削工具１００がボーリングヘッド１５０に組み込まれている場合、トンネルボーリングマシーン１８０の運転中、負荷信号を受け取るために使用される（機能を有する）。トンネルボーリングマシーン１８０の運転時には、とりわけディスク１０６の領域に、掘削工具１００の大きな発熱がある。センサ装置１１２がそのような温度（熱）の影響を受けないようにするために、スリーブ１７７の内周壁１７５に取付けられた（例えば貼り付けられた）２つの負荷感受性素子１０８（これらは図２では符号「１」及び「３」で表されている）は、２つの更なる同様の（同種の）負荷感受性素子１０８（これらは図２の（左側の）斜視図では図示されていないが、（図２の中央の）補足の回路図では符号「Ｒ２」及び「Ｒ４」で図示されており、（図２の）右側の平面図では内周壁１７５から分離された状態で図示されている）と接続されて、ブリッジ回路を形成している。この場合、これらの更なる２つの負荷感受性素子１０８は、力ないし負荷非依存的に温度補償を可能にするための基準データを受け取るために使用される（機能を有する）。

図３は、本発明の更なる例示的実施例に応じたセンサ装置１１２のスリーブ１７７の一例である。この形態では、中空円筒状の内周壁１７５の内側に（例えば圧嵌された又は中空シリンダと一緒に共通の素材塊（未加工鋳造品：Rohling）から作られた）膜状で弾力性がある平らな小プレート１７３が設けられている。この小プレートには、ラジアル方向に互いに対しそれぞれ９０°だけずらされた４つの負荷感受性素子１０８がほぼＸ字状ないし十字状に組み込まれている。これらも同様に帯状ひずみゲージとして構成することも可能である。小プレート１７３は、とりわけ内周壁１７５に割り当てられたスリーブ１７７の中空円筒体と一体的にかつ同一素材で構成可能であるが、このことは例えば、（例えば特殊鋼からなる）完全な（中実の）円柱体に両端側からそれぞれ、小プレート１７３によって軸線方向に互いに分離されている（２つの）袋状穴（非貫通ないし有底穴：Sackloecher）を形成することによって構成することができる。他の一実施例に応じ、小プレート１７３を独立の（別体の）部品として中空円筒状スリーブ１７５［１７７］の内部に押し込んで（圧嵌して）設けることも可能である。図３の実施例の場合も、４つの負荷感受性素子１０８は、温度補償のために、接続されてフルブリッジ回路を構成することも可能である。図３に応じた構造では、負荷感受性素子１０８は、スリーブ１７７の内部のセンサとして応答可能でかつ機械的に安定な位置に配置されており、そのため、検出精度が大きいうえに、トンネルボーリングマシーン１８０の組立時又は運転中における破壊に対し確実に保護されている。

図４に応じ、４つの負荷感受性素子１０８がすべて中空円筒状スリーブ１７７の内周壁１７５に取付けられているスリーブ１７７の一例が示されている。この場合も、４つの負荷感受性素子１０８は組み合わされてブリッジ回路を構成している。この場合も、４つの負荷感受性素子１０８のうちの２つは測定信号の受け取りという本来の役割（機能）を果たし、他方、他の２つの負荷感受性素子１０８はフルブリッジ回路による温度補償のために構成されている。

図５は、本発明の例示的実施例に応じたトンネルボーリングマシーン１８０のボーリングヘッド１５０のための掘削工具１１０［１００］の断面を示す。とりわけ図５には、図示のディスク固定装置１０４が、ボーリングヘッドの組立のためのディスク固定ブロック５０４と、ディスク１０６のディスクシャフト５０２の収容・組立のためのＣ字型部材５００とから形成されていることが示されている。図５は、更に、各部品を相互に組付けるために使用される固定ネジ１１０を示している。固定ネジ５０６［１１０］に対しほぼ平行かつディスクシャフト５０２に対しほぼ直角に、掘削工具１００のセンサ装置１１２のスリーブ１７７が延伸している。このスリーブ１７７は、ディスク固定装置１０４に形成されているスリーブ収容孔に押込まれているか、ねじ込まれているか、打ち込まれている。図５は、ディスク固定装置１０４が堅固に構成されているため、掘削工具設計者にとって、スリーブ１７７の位置及び配向を決定するための選択の自由度が大きいことを示している。とりわけ、固定ネジ１１０からのスリーブ１７７の独立はこの設計自由度を高める。更に、スリーブ１７７を壁の薄い（肉薄の）弾力性のある要素として構成することにより、負荷データの検出の際にスリーブ１７７自身が寄与（共同作用：Mitwirkung）することができるため、スリーブ１７７自身が負荷感受性システムの一部を構成し、以って、負荷感受性素子１０８（図５に不図示）と相乗的に作用することができる。

図６は、掘削工具１００のディスク固定装置１０４に対して実行された有限要素解析の結果を示す。ディスク固定装置１０４の所定の領域（複数）において、これらの部位に（１つの）センサ装置１１２を設けると、測定精度を向上するとりわけ大きな感受性ないし力ピーク（Kraftspitzen）を確認できることが、図６から分かる。センサ装置１１２は（予め決定される位置に取り付けられるべき）固定要素１１０から独立して備えかつ位置付けることが本発明に応じて可能であるため、検出される負荷のとりわけ大きな精度を達成することができる。

図７は、本発明の例示的実施例に応じた掘削工具１００の立体的構造を示す。図７の実施例では、センサ装置１１２の互いに対し実質的に直角に配向された２つのスリーブ１７７が、ディスク固定装置１０４のＣ字型部材５００の内部に組み込まれている。この場合、２つのスリーブ１７７の軸はいずれもディスク回転軸に対し直角方向に延伸している。この構造によってとりわけ感度が高いセンサデータの取得が可能になることが判明した。固定ネジ１１０の位置も図７に示されている。

図８は、再び図７に示した装置について、その分解した状態を示し、とりわけ２つのスリーブ１７７が夫々穿孔されたスリーブ収容孔８００に挿入可能に構成されている様子を示す。スリーブ１７７の空の内部空間（空腔：Lumen）は、負荷感受性素子１０８にエネルギ及び／又は信号を電気的供給するためのないし負荷感受性素子１０８から信号を取り出すための電気ケーブルを通すことを可能にするだけではなく、スリーブ１７７自身の弾力性付与にも寄与するが、このことはセンサ測定の精度に対しても有利である。更に、スリーブ１７７の両端側で開口する空の内部空間は、スリーブ１７７を（例えば摩損のために）交換すべき場合、工具の係合のために利用することができる。

図９は、図２〜図４に示したセンサ装置１１２の感度を読み取ることが可能なグラフ９００の一例を示す。グラフ９００の横軸９０２（規格化信号（standardised signal）［ｍＶ/Ｖ］）には、取得した測定信号がプロットされている。縦軸９０４（負荷（load）Ｆ［ｋＮ］）には、夫々の負荷感受性素子１０８に作用する力Ｆがプロットされている。曲線９０６は図２のセンサ装置１１２に対応し、曲線９０８は図３のセンサ装置１１２に対応し、曲線９１０は図４のセンサ装置１１２に対応する。最初に分かることは、すべての実施例において、ヒステリシス即ち夫々の曲線成分に囲まれた面積が格別に小さいことである。最も良好なのは、図３の構造によるヒステリシス特性である。更に分かることは、印加された力に対する応答において得られる測定信号の良好な直線性（線形性）であり、これはとりわけ図２及び図３のセンサ装置の場合に顕著である。最後に、測定の感度は、とりわけ図２及び図３のセンサ装置の場合に、極めて高い。図９は、とりわけ図３のセンサ装置１１２が、最も高い感度を小さいヒステリシス特性及び大きな線形性で実現できることを示している。

図１０は、再び横軸９０２（規格化信号（standardised signal）［ｍＶ/Ｖ］）と縦軸９０４（負荷（load）Ｆ［ｋＮ］）を有するグラフ１０００を示す。対比されているのは、スリーブ１７７に取り付けられた負荷感受性素子１０８を有する本発明のセンサ装置（複数）１１２を示す第１曲線群である（曲線１００２は図３の設計に関連し、他方、曲線１００４は図４の設計に関連する）。対照として、複数の負荷感受性素子が１つの固定要素に組み込まれている３つの従来のセンサ装置についての測定データが示されている（曲線群１００６）。図１０は、本発明に応じたセンサ装置１１２（曲線１００２、１００４）は複数の負荷感受性素子を１つの固定要素例えば固定ネジや固定ボルトに組み込んだもの（曲線１００６）よりも著しくより高い感度を達成できることを、印象的に（はっきりと）示している。

図１１は、本発明の例示的実施例に応じた掘削工具１００のディスク１０６を平面図（斜視図）で示す。図１１に示した実施例によれば、スリーブ１７７はディスク軸が貫通通過するよう案内されており（例えば押込まれており）、そのため、高感度の位置においてセンサデータを取得する。図示の実施例では、２つの負荷感受性素子１０８がディスクシャフト５０２の周に沿って配されている。

図１２は、ディスク固定装置１０４に収容されているディスク１０６の一例を模式的に示す。ボーリング運転時には、垂直力（法線力）Ｆ_Ｎがディスク１０６に作用し、ディスク１０６は更に回転力（トルク）Ｆ_Ｒを受けている。この回転力によってディスク１０６は軸（シャフト）１２０の周りで回転し、その間、ディスク１０６は岩盤を切削する。横力Ｆ_Ｓもまたディスク１０６に作用する。本発明のセンサ装置１１２では、力成分Ｆ_Ｎ、Ｆ_Ｒ及びＦ_Ｓの個別の、しかも極めて高い精度による検出が可能である。

なお、“aufweisend”（有する）は他の要素又はステップを除外しないこと及び“eine”ないし“ein”（不定冠詞又は数詞（１つの））は複数を除外しないことに留意すべきである。更に、上記の複数の実施例の１つを参照して説明されている特徴（複数も）又はステップ（複数も）は上記の他の実施例の他の特徴（複数も）又はステップ（複数も）と組み合わせて使用可能であることも留意すべきである。特許請求の範囲の図面参照符号は（本発明を図示の実施例に）限定することを意図したものと解すべきではない。
以下に本発明の態様を付記する。
（態様１）岩盤の掘削のためのトンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドのための掘削工具。
該掘削工具は
回転可能なカッターローラの収容及び支承のための、ボーリングヘッドに組込み可能なカッターローラ固定装置と、
岩盤の掘削のための、回転可能にカッターローラ固定装置に、とりわけ交換可能に、収容可能であるか又は収容されているカッターローラと、
掘削工具の、とりわけカッターローラの、機械的負荷を検出するためのセンサ装置と
を有し、
センサ装置は、カッターローラ固定装置及び／又はカッターローラに少なくとも部分的に取り付けられているスリーブとして構成されており、かつ、該スリーブには少なくとも１つの負荷感受性素子が取り付けられている。
（態様２）上記の掘削工具において、カッターローラ固定装置は、カッターローラ収容器と、カッターローラをカッターローラ収容器に固定するための及び／又はカッターローラ収容器をボーリングヘッドに固定するための少なくとも１つの固定要素を有し、
センサ装置の少なくとも１つの負荷感受性素子は少なくとも１つの固定要素から分離されて設けられている。
（態様３）上記の掘削工具において、スリーブの少なくとも一部分は、中空シリンダとして、とりわけ中空の円筒体として、構成されている。
（態様４）上記の掘削工具において、少なくとも１つの負荷感受性素子の少なくとも１つは、スリーブ壁の内周面に取り付けられており、とりわけ複数の負荷感受性素子が、スリーブ壁の内周面に互いに対し離隔して取り付けられている。
（態様５）上記の掘削工具において、複数の負荷感受性素子は互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁の内周面に取り付けられている。
（態様６）上記の掘削工具において、スリーブ壁は、当該スリーブ壁が負荷感受性素子に作用するボーリング運転時の機械的負荷の作用下で弾性的に変形可能であるよう、肉薄に構成されている。
（態様７）上記の掘削工具において、少なくとも１つの負荷感受性素子の少なくとも１つは、スリーブのとりわけ平坦な小プレートに取り付けられており、該小プレートは、スリーブの中空シリンダ状部分の中に配されかつ該中空シリンダ状部分に取り付けられている。
（態様８）上記の掘削工具において、複数の負荷感受性素子は互いに対しラジアルに角度をずらして小プレートに取り付けられている。
（態様９）上記の掘削工具において、小プレートは膜として構成されている。
（態様１０）上記の掘削工具において、２つの負荷感受性素子は、互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁の内周面に取り付けられており、かつ、２つの更なる負荷感受性素子は、該内周面から分離されて設けられている。
（態様１１）上記の掘削工具において、４つの負荷感受性素子は、スリーブのとりわけ平坦な小プレートにスリーブ軸の周りにラジアルに分散されて取り付けられており、該小プレートは、スリーブの中空シリンダ状部分の中に配されかつ該中空シリンダ状部分に取り付けられている。
（態様１２）上記の掘削工具において、４つの負荷感受性素子は、互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁の内周面に取り付けられている。
（態様１３）上記の掘削工具において、カッターローラ固定装置及び／又はカッターローラに少なくとも部分的に取り付けられる少なくとも１つの更なるスリーブを有し、更なるスリーブには当該更なるスリーブに取り付けられている少なくとも１つの負荷感受性素子を有し、スリーブと更なるスリーブは、互いに対し角度をなして、とりわけ直角に、配されている。
（態様１４）上記の掘削工具において、スリーブは、カッターローラ固定装置のカッターローラ保持ブロックに配されている。
（態様１５）上記の掘削工具において、スリーブは、カッターローラ固定装置のカッターローラ保持器に、とりわけＣ字型部材に、配されている。
（態様１６）上記の掘削工具において、スリーブは、カッターローラシャフトの部分として配されている。
（態様１７）上記の掘削工具において、センサ信号を導くための少なくとも１つのセンサラインを有し、
少なくとも１つのセンサラインは、少なくとも１つの負荷感受性素子から出発し、スリーブの内部空間を少なくとも部分的に貫通して延伸する。
（態様１８）上記の掘削工具において、少なくとも１つの負荷感受性素子は、帯状ひずみゲージ又はピエゾ素子として、とりわけフルブリッジ構造に、構成されている。
（態様１９）上記の掘削工具において、カッターローラは、シャフトと、周在するカッターエッジを有するカッターリングと、軸受とを有する。
（態様２０）上記の掘削工具において、ウェッジロック式（Wedge-Lock）掘削工具として又はさしこみ軸式（Steckachsen）掘削工具として構成されている。
（態様２１）上記の掘削工具において、カッターローラは、ディスクとして又はいぼ付たがね（Warzenmeissel）として構成されている。
（態様２２）上記の掘削工具において、スリーブの内部において、スリーブと該スリーブに取り付けられた少なくとも１つの負荷感受性素子の間に、スペースが形成されている。
（態様２３）上記の掘削工具において、スリーブは、カッターローラ固定装置及び／又はカッターローラと一体的に、とりわけ同一材料で、構成されている。
（態様２４）岩盤を掘削するためのトンネルボーリングマシーンのボーリングヘッドの掘削工具の、とりわけ掘削工具のカッターローラの、機械的負荷を検出するためのシステム。
該システムは、
上記の掘削工具と、
少なくとも１つの負荷感受性素子のセンサ信号に基づいて、掘削工具に、とりわけ掘削工具のカッターローラに、作用する機械的負荷を表す情報を求めるよう構成された評価ユニットと
を有する。
（態様２５）上記のシステムにおいて、センサ装置は、４つの、とりわけ丁度４つの、負荷感受性素子を有し、
評価ユニットは、カッターローラに作用する押圧力（Anpresskraft）、横力（Seitenkraft）及び／又は回転力（Rollkraft）を表す情報を、４つの負荷感受性素子のセンサ信号に基づいて求めるよう構成されている。
（態様２６）岩盤の掘削のためのトンネルボーリングマシーンのためのボーリングヘッド。
該ボーリングヘッドは
掘削工具を保持するための複数の掘削工具保持器を有し岩盤に対し回転的に及び直進的に運動可能なボーリングボディと、
複数の掘削工具保持器に、とりわけ交換可能に、保持可能であるか又は保持されている上記の複数の掘削工具と
を有する。
（態様２７）上記のボーリングヘッドを有する、岩盤の掘削のためのトンネルボーリングマシーン。

１００ 掘削工具
１０２ 岩盤
１０４ ディスク固定装置（カッターローラ固定装置）
１０６ ディスク（カッターローラ）
１０８ 負荷感受性素子
１１０ 固定要素
１１２ センサ装置
１２０ シャフト
１２４ カッターリング
１２６ 軸受
１２８ 評価ユニット
１５０ ボーリングヘッド
１５２ ボーリングボディ
１５４ 掘削工具保持器
１７１ センサライン
１７３ 小プレート
１７５ スリーブ壁
１７７ スリーブ
１８０ トンネルボーリングマシーン
１９４ ディスク収容器（カッターローラ収容器）
５００ Ｃ字型部材（カッターローラ保持器）
５０２ ディスクシャフト（カッターローラシャフト）

Ｆ_Ｎ 押圧力（Anpresskraft）
Ｆ_Ｓ 横力（Seitenkraft）
Ｆ_Ｒ 回転力（Rollkraft）

Claims (26)

1. 岩盤（１０２）の掘削のためのトンネルボーリングマシーン（１８０）のボーリングヘッド（１５０）のための掘削工具（１００）であって、
   該掘削工具（１００）は
   回転可能なカッターローラ（１０６）の収容及び支承のための、ボーリングヘッド（１５０）に組込み可能なカッターローラ固定装置（１０４）と、
   岩盤（１０２）の掘削のための、回転可能にカッターローラ固定装置（１０４）に収容可能であるか又は収容されているカッターローラ（１０６）と、
   掘削工具（１００）の機械的負荷を検出するためのセンサ装置（１１２）と
   を有し、
   センサ装置（１１２）は、カッターローラ固定装置（１０４）及び／又はカッターローラ（１０６）に少なくとも部分的に取り付けられているスリーブ（１７７）として構成されており、かつ、該スリーブ（１７７）には少なくとも１つの負荷感受性素子（１０８）が取り付けられており、
   カッターローラ固定装置（１０４）は、カッターローラ収容器（１９４）と、カッターローラ（１０６）をカッターローラ収容器（１９４）に固定するための及び／又はカッターローラ収容器（１９４）をボーリングヘッド（１５０）に固定するための少なくとも１つの固定要素（１１０）を有し、
   センサ装置（１１２）の少なくとも１つの負荷感受性素子（１０８）は少なくとも１つの固定要素（１１０）から分離されて設けられており、
   スリーブ（１７７）は、カッターローラ固定装置（１０４）の、カッターローラ（１０６）のカッターローラシャフト（５０２）を収容するためのＣ字型部材に配されている、
   掘削工具。
2. スリーブ（１７７）の少なくとも一部分は、中空シリンダとして構成されている、
   請求項１に記載の掘削工具。
3. 少なくとも１つの負荷感受性素子（１０８）の少なくとも１つは、スリーブ壁（１７５）の内周面に取り付けられている、
   請求項１又は２に記載の掘削工具。
4. 複数の負荷感受性素子（１０８）は互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁（１７５）の内周面に取り付けられている、
   請求項３に記載の掘削工具。
5. スリーブ壁（１７５）は、当該スリーブ壁（１７５）が負荷感受性素子（１０８）に作用するボーリング運転時の機械的負荷の作用下で弾性的に変形可能であるよう、肉薄に構成されている、
   請求項３又は４に記載の掘削工具。
6. 少なくとも１つの負荷感受性素子（１０８）の少なくとも１つは、スリーブ（１７７）の小プレート（１７３）に取り付けられており、該小プレート（１７３）は、スリーブ（１７７）の中空シリンダ状部分の中に配されかつ該中空シリンダ状部分に取り付けられている、
   請求項１〜５の何れかに記載の掘削工具。
7. 複数の負荷感受性素子（１０８）は互いに対しラジアルに角度をずらして小プレート（１７３）に取り付けられている、
   請求項６に記載の掘削工具。
8. 小プレート（１７３）は膜として構成されている、
   請求項６又は７に記載の掘削工具。
9. ２つの負荷感受性素子（１０８）は、互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁（１７５）の内周面に取り付けられており、かつ、２つの更なる負荷感受性素子（１０８）は、該内周面から分離されて設けられている、
   請求項１又は２に記載の掘削工具。
10. ４つの負荷感受性素子（１０８）は、スリーブ（１７７）の小プレート（１７３）にスリーブ軸の周りにラジアルに分散されて取り付けられており、該小プレート（１７３）は、スリーブ（１７７）の中空シリンダ状部分の中に配されかつ該中空シリンダ状部分に取り付けられている、
    請求項１又は２に記載の掘削工具。
11. ４つの負荷感受性素子（１０８）は、互いに対しラジアルに角度をずらしてスリーブ壁（１７５）の内周面に取り付けられている、
    請求項１又は２に記載の掘削工具。
12. カッターローラ固定装置（１０４）及び／又はカッターローラ（１０６）に少なくとも部分的に取り付けられる少なくとも１つの更なるスリーブ（１７７）を有し、更なるスリーブ（１７７）には当該更なるスリーブ（１７７）に取り付けられている少なくとも１つの負荷感受性素子（１０８）を有し、スリーブ（１７７）と更なるスリーブ（１７７）は、互いに対し角度をなして配されている、
    請求項１〜１１の何れかに記載の掘削工具。
13. スリーブ（１７７）は、カッターローラ固定装置（１０４）のカッターローラ保持ブロックに配されている、
    請求項１〜１２の何れかに記載の掘削工具。
14. スリーブ（１７７）は、カッターローラ固定装置（１０４）のカッターローラ保持器（５００）に配されている、
    請求項１〜１２の何れかに記載の掘削工具。
15. スリーブ（１７７）は、カッターローラシャフト（５０２）の部分として配されている、
    請求項１〜１２の何れかに記載の掘削工具。
16. センサ信号を導くための少なくとも１つのセンサライン（１７１）を有し、
    少なくとも１つのセンサラインは、少なくとも１つの負荷感受性素子（１０８）から出発し、スリーブ（１７７）の内部空間を少なくとも部分的に貫通して延伸する、
    請求項１〜１５の何れかに記載の掘削工具。
17. 少なくとも１つの負荷感受性素子（１０８）は、帯状ひずみゲージ又はピエゾ素子として構成されている、
    請求項１〜１６の何れかに記載の掘削工具。
18. カッターローラ（１０６）は、シャフト（１２０）と、周在するカッターエッジを有するカッターリング（１２４）と、軸受（１２６）とを有する、
    請求項１〜１７の何れかに記載の掘削工具。
19. ウェッジロック式（Wedge-Lock）掘削工具として又はさしこみ軸式（Steckachsen）掘削工具として構成されている、
    請求項１〜１８の何れかに記載の掘削工具。
20. カッターローラは、ディスク（１０６）として又はいぼ付たがね（Warzenmeissel）として構成されている、
    請求項１〜１９の何れかに記載の掘削工具。
21. スリーブの内部において、スリーブと該スリーブに取り付けられた少なくとも１つの負荷感受性素子の間に、スペースが形成されている、
    請求項１〜２０の何れかに記載の掘削工具。
22. スリーブ（１７７）は、カッターローラ固定装置（１０４）及び／又はカッターローラ（１０６）と一体的に構成されている、
    請求項１〜２１の何れかに記載の掘削工具。
23. 岩盤（１０２）を掘削するためのトンネルボーリングマシーン（１８０）のボーリングヘッド（１５０）の掘削工具（１００）の機械的負荷を検出するためのシステムであって、
    該システムは、
    請求項１〜２２の何れかに記載の掘削工具（１００）と、
    少なくとも１つの負荷感受性素子（１０８）のセンサ信号に基づいて、掘削工具（１００）に作用する機械的負荷を表す情報を求めるよう構成された評価ユニット（１２８）と
    を有する、
    システム。
24. センサ装置（１１２）は、４つの負荷感受性素子（１０８）を有し、
    評価ユニット（１２８）は、掘削工具（１００）のカッターローラ（１０６）に作用する押圧力（Anpresskraft）（Ｆ_Ｎ）、横力（Seitenkraft）（Ｆ_Ｓ）及び／又は回転力（Rollkraft）（Ｆ_Ｒ）を表す情報を、４つの負荷感受性素子（１０８）のセンサ信号に基づいて求めるよう構成されている、
    請求項２３に記載のシステム。
25. 岩盤（１０２）の掘削のためのトンネルボーリングマシーン（１８０）のためのボーリングヘッド（１５０）であって、
    該ボーリングヘッド（１５０）は
    掘削工具（１００）を保持するための複数の掘削工具保持器（１５４）を有し岩盤（１０２）に対し回転的に及び直進的に運動可能なボーリングボディ（１５２）と、
    複数の掘削工具保持器（１５４）に保持可能であるか又は保持されている請求項１〜２２の何れかに記載の複数の掘削工具（１００）と
    を有する、
    ボーリングヘッド。
26. 請求項２５に記載のボーリングヘッド（１５０）を有する、岩盤（１０２）の掘削のためのトンネルボーリングマシーン（１８０）。

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