DE19827058A1 - Schneidkopf - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schneidkopf und insbesondere auf einen Schneidkopf für Baumaschinen, wie z. B. eine Tunnelschildmaschine, Tunnelbohrmaschine, eine pipe-jacking drive shield machine, ein Gehäusebohrer und ein Straßenbohrkopf zum Ausheben eines Tunnels, eines Staffellochs, eines Senkkastenlochs und ähnliches.

Beschreibung verwandter Technik

In einer heutigen Bohrmaschine, welche bei Bauingenieurskonstruktionen zum Ausgraben eines tiefen Loches oder eines Tunnels mit kreisförmigem Querschnitt oder ähnlichem benutzt wird, wird der Schneidkopf der Maschine gewöhnlich durch einen Motor mittels einer Übertragungswelle angetrieben, um einen Schnitt in eine Richtung auf dem Erdboden über den gesamten Querschnitt des Schneidkopfs auszuführen. Eine solche Anordnung beinhaltet jedoch verschiedene Probleme.

Zunächst muß der Maschinenrumpf in der Lage sein, den Reaktionskräften standzuhalten, die während des Schneidvorgangs vom Erdboden durch den Schneidkopf auf ihn übertragen werden, um den Maschinenrumpf vor Rotation, Springen oder gar Unbrauchbarkeit zu bewahren. Da der Schneidkopf in eine einzelne Richtung um seine Rotationsachse, z. B. in nach vorne weisender Richtung des Schneidkopfes betrachtet im Uhrzeigersinn, rotiert, weicht zudem der ausgehobene Tunnel oder das Loch unvermeidlich vom vorgegebenen Weg nach rechts ab.

Die Lösungen der oben genannten Probleme bestanden in nichts anderem, als die Größe und/oder das Gewicht der Maschine zu vergrößern, um der Reaktionskraft, welche während des Schneidvorgangs hervorgebracht wird, zu widerstehen und den Normaldruck, der durch den Schneidkopf auf dem Boden ausgeübt wurde, zu reduzieren und/oder die Rotationsgeschwindigkeit des Schneidkopfes zu reduzieren, um die Abweichungen des ausgehobenen Tunnels oder Loches vom vorgegebenen Weg zu minimieren.

Während es durch Ergreifen der oben beschriebenen Maßnahmen möglich sein kann, die vorgenannten Probleme des Standes der Technik bis zu einem gewissen Grad zu lösen, werden jedoch die Kosten aufgrund der größeren Größe und des schwereren Gewichts der Maschine erhöht und die Schneideffizienz wird verringert aufgrund des geringeren Normaldrucks, der durch den Schneidkopf ausgeübt wird, und die kleinere Rotationsgeschwindigkeit des Schneidkopfes.

Da bei einem konventionellen Schneidkopf ein Rotationsschnitt in einer Richtung über den gesamten Querschnitt des Schneidkopfes auf dem Boden ausgeführt wird, tritt es sehr häufig auf, daß beim Treffen des Schneidkopfes auf einen großen einzelnen Stein oder ähnliches sich dieser große einzelne Stein verklemmt und folglich mit dem Schneidkopf mitrotiert. In der Folge wird der Bohrfortschritt des Schneidkopfes gestoppt und der große Stein, der vom Schneidkopf erfaßt ist und mitrotiert, beschädigt die zuvor geschnittene Bodenoberfläche schwer.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Deshalb ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Schneidkopf anzubieten, mit welchem eine Rotationsreaktion gegen den Schneidkopf während des Schneidbetriebes eliminiert oder zumindest minimiert wird.

Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Schneidkopf anzubieten, mit welchem es möglich ist, die Abweichung eines damit gegrabenen Tunnels oder Loches von einem vorgegebenen Weg zu verringern.

Es ist außerdem ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Schneidkopf anzubieten, mit welchem es möglich ist, jegliche großen einzelnen Steine, auf die während des Schneidens des Erdbodens getroffen wird, von einem Einlagern in den Schneidkopf abzuhalten, so daß das Fortschreiten des Schneidkopfes während des Schneidbetriebes sichergestellt ist.

Es läßt sich beobachten, daß eine Kraft auf den Bohrerrumpf ausgeübt werden muß, um ein Loch in einen Gegenstand mit einem elektrischen Bohrer zu bohren, so daß der Bohrzahn in den Gegenstand eindringen kann. Andernfalls würde der Bohrzahn nur an der Oberfläche des Gegenstandes kratzen, was zu einem Verschleiß des Bohrzahnes und einer Wärmeerzeugung ohne Hervorbringung eines Bohreffektes führen würde. Zusätzlich zu dem Normaldruck, der auf den Bohrerrumpf in Richtung auf den zu bohrenden Gegenstand ausgeübt wird, ist es notwendig, eine Kraft zum Halten des Bohrerrumpfes auszuüben und ihn gerade zu halten, um der Reaktionskraft zu widerstehen, welche während des Bohrbetriebes hervorgebracht wird; andernfalls würde der Bohrrumpf rotieren. Mit Hinblick auf das obige Phänomen kann geschlossen werden, daß eine beträchtlich große Rotationsreaktion durch den Bohrbetrieb hervorgebracht wird, und wenn diese Rotationsreaktion eliminiert oder zumindest minimiert werden kann, die Bohreffizienz gesteigert werden kann.

Es läßt sich außerdem beobachten, daß eine Säge normalerweise eine höhere Schneideffizienz besitzt als ein Messer. Wenn zwei Sägen Seite an Seite nebeneinandergelegt und wechselweise zueinander in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden, ist die Schneideffizienz einer solchen Anordnung darüberhinaus höher als die beim Gebrauch einer einzelnen Säge, um zweimal zu schneiden. Dieses Phänomen weist daraufhin, daß die Schneideffizienz stark mit der Anordnung der Schneidelemente zusammenhängt.

Deshalb wird hier ein Schneidkopf entsprechend der vorliegenden Erfindung angeboten, welcher umfaßt ein festes Gehäuse, welches eine Rotationsachse definiert; eine Vielzahl von Übertragungswellen einschließlich einer zentralen Übertragungswelle und zumindest zwei röhrenförmigen Übertragungswellen, wobei jede Welle ein erstes Ende besitzt, welches fest mit einem Schneidelement verbunden ist, und ein zweites Ende; eine Vorrichtung zum Befestigen der Vielzahl von Übertragungswellen an deren zweiten Enden drehbar zum Gehäuse und zueinander koaxial um die Rotationsachse, wobei eine über den äußeren Umfang einer anderen angeordnet ist; und eine Vorrichtung zum Antreiben der Vielzahl von Übertragungswellen in solch einer Art, daß die Wellen unabhängig voneinander angetrieben werden und jeweils zwei radial aneinander angrenzende Wellen zu Rotation in eine erste Richtung und eine zweite Richtung, welche in Bezug auf die Rotationsachse entgegengesetzt zur ersten Richtung ist, angetrieben werden, wobei Durchmesser der Vielzahl von Übertragungswellen so bestimmt sind, daß eine Summe von Schneidbereichen, welche durch die Schneidelemente der Wellen, welche in die erste Richtung rotieren, abgedeckt wird im wesentlichen gleich ist mit einer Summe von Schneidbereichen, welche durch die Schneidelemente der Wellen abgedeckt werden, welche in die zweite Richtung rotieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt einen Schneidkopf entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welcher an einem Arm einer Schaufel befestigt ist, um eine verstärkte Betonstruktur oder eine steinige Erdschicht zu schneiden;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt des Schneidkopfes von Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang einer Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ist ein Querschnitt entlang einer Linie 4-4 in Fig. 2;

Fig. 5 zeigt einen Schneidkopf entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer Anwendung zum Ausschachtung in vertikaler Richtung für die Konstruktion von beispielsweise Pfählen, Senkkästen oder Brunnen;

Fig. 6 ist ein Längsschnitt des Schneidkopfes von Fig. 5;

Fig. 7 ist ein Querschnitt entlang einer Linie 7-7 in Fig. 6;

Fig. 8 ist ein Querschnitt entlang einer Linie 8-8 in Fig. 6;

Fig. 9 zeigt eine Schraubspindeltyp-Übertragungswelle und ein Schneidelement davon, welches in dem Schneidkopf von Fig. 6 benutzt wird;

Fig. 10 zeigt eine röhrenförmige Übertragungswelle und ein Schneidelement davon, welche in dem Schneidkopf von Fig. 6 benutzt werden;

Fig. 11 zeigt eine andere röhrenförmige Übertragungswelle und ein Schneidelement davon, welche in dem Schneidkopf von Fig. 6 benutzt werden;

Fig. 12 zeigt noch eine andere röhrenförmige Übertragungswelle und ein Schneidelement davon, welche in dem Schneidkopf von Fig. 6 verwendet werden;

Fig. 13 ist eine Schnittansicht, welche einen Schneidkopf entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt, angewandt in Vortriebsschild- Tunnelbohrmaschine zum Graben in horizontaler Richtung; und

Fig. 14 ist eine Schnittansicht, welche einen Schneidkopf entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt, angewandt in Vortriebsschild- Tunnelbohrmaschine zum Ausgraben eines großen, langgestreckten Tunnels.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun im Detail unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Unter Bezug auf die Fig. 1 bis 4 zeigt Fig. 1 einen Schneidkopf entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welcher auf einem Arm einer Schaufel befestigt ist, Fig. 2 ist ein Längsschnitt des Schneidkopfes von Fig. 1, und die Fig. 3 und 4 sind jeweils Querschnitte entlang der Linien 3-3 und 4-4 in Fig. 2.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Schneidkopf 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung auf einem mechanischem Arm 12 einer Schaufel montiert. Der Schneidkopf 10 wird durch den Arm 12 auf ein gewünschtes Niveau zum Schneiden einer verstärkten Betonstruktur, einer steinigen Erdschicht oder ähnlichem gebracht.

Wie in Fig. 2, 3 und 4 gezeigt, besitzt der Schneidkopf 10 ein zylindrisches, festes Gehäuse 14, welches eine zentrale X-Achse besitzt, eine zentrale Übertragungswelle 16, eine erste röhrenförmige Übertragungswelle 18, eine zweite röhrenförmige Übertragungswelle 20 und eine dritte röhrenförmige Übertragungswelle 22. Das Gehäuse 14 besitzt einen Hauptrumpf 14a, eine Frontabdeckung 14b, welche entfernbar an einem Ende des Hauptrumpfes 14a befestigt ist, und eine Rückabdeckung 14c, welche entfernbar am anderen Ende des Hauptrumpfes 14a befestigt ist. Ein Paar diametral entgegengesetzter Schwenkschäfte 24 sind fest auf der äußeren Umfangsoberfläche des Hauptrumpfes 14a des Gehäuses 14 zur Verbindung mit dem Arm 12 der Schaufel vorgesehen, und ein Paar Verbindungshenkel 26 sind einstückig auf der Rückabdeckung 14c des Gehäuses 14 zum Verbinden mit einem Zylinder der Schaufel vorgesehen. Die Frontabdeckung 14b des Gehäuses 14 ist mit einer Öffnung 28 zum Aufnehmen der Wellen 16, 18, 20 und 22 koaxial um die Zentralachse X versehen.

Die zentrale Übertragungswelle (ab sofort hier als die zentrale Welle bezeichnet) 16 besitzt einen Hauptrumpf 16a, ein Schneidelement 16b, das einstückig an einem Ende des Hauptrumpfes 16a gebildet ist, und einen Halteabschnitt 16c, der entfernbar mit dem anderen Ende des Hauptrumpfes 16a verbunden ist. Die Zentralwelle 16 ist in dem Gehäuse 14 aufgenommen, wobei ihr Halteabschnitt 16c drehbar auf einer inneren Fläche der Rückabdeckung 14c des Gehäuses 14 aufsitzt. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die Zentralwelle 16 von einem Haltering 30, der entfernbar am Gehäuse 14 befestigt ist, aber so gestaltet ist, daß die Rotation der Zentralwelle relativ dazu gestattet wird, an Bewegungen in Richtung der X-Achse relativ zum Gehäuse 14 gehindert. Das Schneidelement 16b, das einstückig an einem Ende des Hauptrumpfes 16a der Zentralwelle 16 gebildet ist, ist ein ringförmiges Element und besitzt eine Vielzahl von Zähnen 32, welche an dessen Umfangsfläche und dessen Endfläche angebracht sind. Es ist zu beachten, daß solche Zähne 32, wie in den Zeichnungen gezeigt, lediglich beispielhaft gezeigt werden und durch zahlreiche Typen von Meißeln, Rollenmeißeln oder ähnlichem abhängig von der beabsichtigten Anwendung ersetzt werden können.

Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, wird die Zentralwelle 16 durch einen Satz von vier Motoren 34, welche am Gehäuse 14 montiert sind, rotativ angetrieben. Jeder der Motoren 34 ist mit einem Getriebe 36 ausgestattet, das an deren Ausgangswelle montiert ist. Die vier Getriebe 36 der vier Motoren 34 stehen im Eingriff mit einem Tellerrad 38, welches um die Umfangsfläche des Halteabschnittes 16c der Zentralwelle 16 montiert ist. Dadurch wird die Zentralwelle 16 unabhängig durch die Motoren 34 durch den Eingriff des Tellerrades 38 mit den Getrieben 36 rotativ angetrieben.

Die erste röhrenförmige Übertragungswelle (nachfolgend als erste Welle bezeichnet) 18 ist koaxial zur X-Achse über der äußeren Umfangsfläche der Zentralwelle 16 angebracht. Die erste Welle 18 besitzt einen röhrenförmigen Hauptrumpf 18a, ein erstes Schneidelement 18b, welches einstückig an einem Ende des Hauptrumpfes 18a gebildet ist, und einen Halteabschnitt 18c, der entfernbar am anderen Ende des Hauptrumpfes 18a befestigt ist. Der Halteabschnitt 18c dient dazu, die erste Welle 18 an Bewegung in Richtung der X-Achse zu hindern, wobei er gleichzeitig dazu entworfen ist, so auf dem röhrenförmigen Hauptrumpf 18a der ersten Welle 18 befestigt zu werden, daß er mit dem röhrenförmigen Hauptrumpf 18a und dem ersten Schneidelement 18b als ein Stück mitrotiert. Das erste Schneidelement 18b der ersten Welle 18 ist ebenfalls ein ringförmiges Element und besitzt eine Vielzahl von Zähnen 32, welche auf dessen Umfangsfläche und dessen Endfläche angebracht sind.

Ähnlich wie im Falle der Zentralwelle 16 wird die erste Welle 18 durch einen anderen Satz von vier Motoren 40, welche am Gehäuse 14 befestigt sind, rotativ angetrieben. Jeder der Motoren 40 ist mit einem Getriebe 42 ausgestattet, welches an seiner Ausgangswelle befestigt ist. Die vier Getriebe 42 der vier Motoren 40 stehen im Eingriff mit einer gemeinsamen Tellerscheibe 44, welche um den äußeren Umfang des Halteabschnittes 18c der ersten Welle 18 befestigt ist. Dadurch wird die erste Welle 18 durch die Motoren 40 durch den Eingriff des Tellerrades 44 mit den Getrieben 42 unabhängig rotativ angetrieben.

In gleicher Weise ist die zweite röhrenförmige Übertragungswelle (nachfolgend als zweite Welle bezeichnet) 20 koaxial über der äußeren Umfangsfläche der ersten Welle 18 um die X-Achse angeordnet. Die zweite Welle 20 besitzt einen röhrenförmigen Hauptrumpf 20a, ein zweites Schneidelement 20b, das einstückig am einen Ende des Hauptrumpfes 20a gebildet ist, und einen Halteabschnitt 20c, der entfernbar am anderen Ende des Hauptrumpfes 20a befestigt ist. Der Halteabschnitt 20c der zweiten Welle 20 ist der gleiche wie der Halteabschnitt 18c der ersten Welle 18 bezüglich seiner Struktur und Funktion. Das heißt, der Halteabschnitt 20c ist dazu entworfen, auf dem röhrenförmigen Hauptrumpf 20a der zweiten Welle 20 in einer Weise angebracht zu werden, daß er die zweite Welle 20 an Bewegung in Richtung der X-Achse hindert, aber er mit dem röhrenförmigen Hauptrumpf 20a und dem zweiten Schneidelement 20b als ein Stück mitrotiert. Eine Vielzahl von Zähnen 32 sind auf der Umfangsfläche und der Endfläche des ringförmigen zweiten Schneidelements 20b der zweiten Welle angebracht.

Wie in den Fällen der Zentralwelle 16 und der ersten Welle 18 wird die zweite Welle 20 durch noch einen weiteren Satz von vier Motoren 46, die am Gehäuse 14 befestigt sind, rotativ angetrieben. Jeder der Motoren 46 ist mit einem Getriebe 48, welches an dessen Ausgangswelle befestigt ist, ausgestattet. Die vier Getriebe 48 der vier Motoren 46 stehen im Eingriff mit einem gemeinsamen Tellerrad 50, welches um die Umfangsfläche des Halteabschnittes 20c der zweiten Welle 20 befestigt ist. Dadurch wird die zweite Welle 20 durch die Motoren 46 durch den Eingriff des Tellerrades 50 mit den Getrieben 48 unabhängig rotativ angetrieben.

Die dritte röhrenförmige Übertragungswelle (nachfolgend als dritte Welle bezeichnet) 22 ist koaxial zur X-Achse über der äußeren Umfangsfläche der zweiten Welle 20 angebracht. Die dritte Welle 22 besitzt einen röhrenförmigen Hauptrumpf 22a mit einem Außendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Öffnung 28 der Frontabdeckung 14b des Gehäuses 14 ist, ein drittes Schneidelement 22b, das einstückig an einem Ende des Hauptrumpfes 22a gebildet ist und einen Halteabschnitt 22c, der entfernbar am röhrenförmigen Hauptrumpf 22a montiert ist, um eine Bewegung der dritten Welle 22 in Richtung der X-Achse zu verhindern, jedoch mit dem Hauptrumpf 22a und dem dritten Schneidelement 22b als ein Stück mitzurotieren. Eine Vielzahl von Zähnen 32 sind an der Umfangsfläche und den vorderen und hinteren Flächen des ringförmigen dritten Schneidelements 22b der dritten Welle 22 angebracht.

Die dritte Weile 22 wird in gleicher Weise unabhängig durch noch einen weiteren Satz von vier Motoren 52, welche am Gehäuse 14 befestigt sind, rotativ angetrieben durch den Eingriff eines Tellerrades 56, welches um die Umfangsfläche des röhrenförmigen Hauptrumpfes 22a der dritten Welle 22 montiert ist, mit vier Getrieben 54, welche auf der jeweiligen Ausgangswelle der Motoren 52 montiert sind.

Aus dem Obigen ist offensichtlich, daß die Zentralwelle 16, die erste Welle 18, die zweite Welle 20 und die dritte Welle 22 unabhängig voneinander rotativ durch jeweilige Sätze von Motoren 34, 40, 46 und 52 angetrieben werden. Darüberhinaus ist entsprechend der Erfindung vorgesehen, daß jeweils zwei radial aneinander angrenzende Wellen bezüglich der X-Achse zu Rotation in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden. Das bedeutet, wenn beispielsweise die Zentralwelle 16 in Gegenuhrzeigerrichtung bezüglich der X-Achse von deren Schneidelement 16b betrachtet rotiert, dann wird die erste Welle 18 zur Rotation in Uhrzeigerrichtung in Bezug auf die X-Achse angetrieben, und die zweite Welle 20 wird zu Rotation im Gegenuhrzeigersinn angetrieben, während die dritte Welle 22 zu Rotation im Uhrzeigersinn angetrieben wird. Zusätzlich sind entsprechend der Erfindung die Dimensionen der Wellen 16, 18, 20 und 22 und deren jeweiligen Schneidelemente 16b, 18b, 20b und 22b in einer Weise festgelegt, daß eine Summe der Schneidbereiche, welche durch die Schneidelemente der Wellen, beispielsweise der Wellen 16 und 20, abgedeckt werden, die in eine Richtung rotieren, im wesentlichen gleich ist mit einer Summe der Schneidbereiche, welche durch die Schneidelemente der Wellen abgedeckt wird, z. B. der Wellen 18 und 22, die in die entgegengesetzte Richtung rotieren.

Hat der Schneidkopf die obige Struktur, heben sich die Reaktionen, welche durch das Schneiden, das durch die Schneidelemente, die in eine Richtung rotieren, und durch das Schneiden, das durch die Schneidelemente, welche in die entgegengesetzte Richtung rotieren, entstehen, im wesentlichen gegeneinander auf, da jeweils zwei radial aneinander angrenzende Schneidelemente zur Rotation in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden, statt daß alle Schneidelemente zu Rotation in eine Richtung angetrieben werden. Folglich befindet sich der Rumpf des Schneidkopfes in einem ausbalancierten Zustand und die Last, der vom mechanischen Arm standzuhalten ist, wird reduziert. Als ein Ergebnis kann ein kompakter mechanischer Arm und eine Schaufel benutzt werden.

Zusätzlich wird die Schneideffizienz verbessert, da jeweils zwei radial aneinander angrenzende Schneidelemente zur Rotation in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden, und jeder größere einzelne Stein oder ähnliches, auf den während des Schneidens getroffen werden könnte, wird effektiv geschnitten, ohne sich am Schneidkopf anzulagern.

Als nächstes wird ein Schneidkopf entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Fig. 5 bis 12 beschrieben.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, in welcher ein Schneidkopf entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung für eine Grabung in vertikaler Richtung zur Konstruktion von Pfählen, Senkkästen oder Brunnen angewendet wird; Fig. 6 ist ein Längsschnitt eines Schneidkopfes der Erfindung, der in der Anordnung von Fig. 5 benutzt wird. Fig. 7 ist ein Querschnitt entlang einer Linie 7-7 in Fig. 6; Fig. 8 ist ein Querschnitt entlang einer Linie 8-8 in Fig. 6; Fig. 9 zeigt eine Schraubspindeltyp- Übertragungswelle und deren Schneidelement, die in dem Schneidkopf von Fig. 6 benutzt werden; und Fig. 10 bis 12 zeigen röhrenförmige Übertragungswellen und deren jeweilige Schneidelemente, die in dem Schneidkopf von Fig. 6 benutzt werden.

Wie in Fig. 6 bis 8 gezeigt, besitzt der Schneidkopf 110 entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung ein zylindrisches, festes Gehäuse 114 mit einer zentralen X-Achse, eine zentrale Übertragungswelle 116 mit einem Abschnitt 116a in Form einer Schraubspindel, eine erste röhrenförmige Übertragungswelle 118, eine zweite röhrenförmige Übertragungswelle 120 und eine dritte röhrenförmige Übertragungswelle 122. Das Gehäuse 114 hat einen Hauptrumpf 114a, eine Frontabdeckung 114b, welche entfernbar an einem Ende des Hauptrumpfes 114a befestigt ist, und eine Rückabdeckung 114c, welche entfernbar am anderen Ende des Hauptrumpfes 114a befestigt ist. Die Frontabdeckung 114b des Gehäuses 114 ist mit einer Öffnung 128 ausgestattet zum Aufnehmen der Wellen 116, 118, 120 und 122 koaxial um die zentrale X-Achse.

Wie in Fig. 6 und 9 gezeigt, besitzt die zentrale Übertragungswelle (nachfolgend als Zentralwelle bezeichnet) 116 den vorgenannten Schraubspindelabschnitt 116a, ein Schneidelement 116b, welches fest an einem Ende des Schraubspindelabschnittes 116a befestigt ist, und einen Halteabschnitt 116c, der mit dem anderen Ende des Schraubspindelabschnittes 116a verbunden ist. Die Zentralwelle 116 ist in dem Gehäuse 114 aufgenommen, wobei deren Halteabschnitt 116c drehbar in Kontakt mit einer inneren Fläche der Rückabdeckung 114c des Gehäuses 114 ist. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird die Zentralwelle 116 durch einen Haltering 130 an einer Bewegung in Richtung der X-Achse relativ zum Gehäuse 114 gehindert, welcher entfernbar am Gehäuse 114 befestigt ist, aber eine Rotation der Zentralwelle 116 relativ dazu gestattet. Das Schneidelement 116b ist von röhrenförmiger Gestalt, fest an einem Ende des Schraubspindelabschnittes 116a der Zentralwelle 116 befestigt und besitzt eine Vielzahl von Zähnen 132, welche an dessen Endfläche angeordnet sind. Zusätzlich sind Zähne 132 auf einem Teil des Schraubspindelabschnittes 116a nahe dem Schneidelement 116b vorgesehen. Wiederum sind solche Zähne 132, wie in den Zeichnungen gezeigt, lediglich als Beispiels dargestellt und können ersetzt werden durch verschiedene Typen von Rollmeißeln oder ähnlichem, abhängig von der beabsichtigten Anwendung.

Wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, wird die Zentralwelle 116 durch einen Satz von vier Motoren 134, die an einem Gehäuse 114 montiert sind, rotativ angetrieben. Jeder der Motoren 134 ist mit einem an dessen Außenwelle montierten Getriebe 136 ausgestattet. Die vier Getriebe 136 der vier Motoren 134 stehen im Eingriff mit einem gemeinsamen Tellerrad 138, das um die äußere Umfangsfläche des Halteabschnittes 116c der Zentralwelle 116 befestigt ist. Dadurch wird die Zentralwelle 116 durch die Motoren 134 durch den Eingriff des Tellerrades 138 mit den Getrieben 136 unabhängig rotativ angetrieben.

Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Zentralwelle 116 koaxial in der ersten röhrenförmigen Übertragungswelle (nachfolgend als erste Welle bezeichnet) 118 um die X-Achse aufgenommen. Wie in Fig. 6 und 10 gezeigt, besitzt die erste Welle 118 einen röhrenförmigen Hauptrumpf 118a, ein erstes Schneidelement 118b, das einstückig an einem Ende des Hauptrumpfes 118a gebildet ist, und einen Halteabschnitt 118c, der am anderen Ende des Hauptrumpfes 118a gebildet ist. Der Halteabschnitt 118c dient außerdem dazu, Bewegungen der ersten Welle 118 in Richtung der X-Achse zu verhindern. Das erste Schneidelement 118b der ersten Welle 118 ist von röhrenförmiger Gestalt. Das röhrenförmige Schneidelement 118b ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 158 (Fig. 10) in dessen Röhrenwand und einer Vielzahl von spiralförmigen Schneidklingen 160 ausgestattet, welche entlang und um die äußere Umfangsfläche deren Röhrenwand herum angeordnet sind. Eine Vielzahl von Zähnen 132 sind an der Endfläche des röhrenförmigen Schneidelementes 118b und den spiralförmigen Schneidklingen 160 angebracht.

Ahnlich wie im Falle der Zentralwelle 116 wird die erste Welle 118, wie in Fig. 6 gezeigt, durch einen weiteren Satz von vier Motoren 160, die im Gehäuse 114 montiert sind, rotativ angetrieben. Jeder der Motoren 140 ist mit einem Getriebe 142 ausgestattet, das an dessen Ausgangswelle montiert ist. Die vier Getriebe 142 der vier Motoren 140 stehen im Eingriff mit einem gemeinsamen Tellerrad 144, welches um die Umfangsfläche des Halteabschnittes 118c der ersten Welle 118 montiert ist. Dadurch wird die erste Welle 118 unabhängig durch die Motoren 140 durch den Eingriff des Tellerrades 144 mit den Getrieben 142 rotativ angetrieben.

Die zweite röhrenförmige Übertragungswelle (nachfolgend als zweite Welle bezeichnet) 120 koaxial über der äußeren Umfangsfläche der ersten Welle 118 um die X-Achse angeordnet. Wie in den Fig. 6 und 11 gezeigt, besitzt die zweite Welle 120 einen röhrenförmigen Hauptrumpf 120a, ein zweites Schneidelement 120b, das einstückig am einen Ende des Hauptrumpfes 120a gebildet ist, und einen Halteabschnitt 120c, der entfernbar am anderen Ende des Hauptrumpfes 20a befestigt ist. Der Halteabschnitt 120c der zweiten Welle 120 dient dazu, die zweite Welle 120 an Bewegungen in Richtung der X-Achse zu hindern. Das röhrenförmige Schneidelement 120b ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 162 in dessen Röhrenwand versehen und eine Vielzahl spiralförmiger Schneidklingen 164 (Fig. 6) ist entlang und um seine innere Umfangsfläche verteilt. Eine Vielzahl von Zähnen 132 sind auf der Umfangsfläche und der Endfläche des röhrenförmigen zweiten Schneidelements 120b der zweiten Welle und den spiralförmigen Schneidklingen 164 angebracht.

Wie in den Fällen der Zentralwelle 116 und der ersten Welle 118 wird, wie in Fig. 6 gezeigt, die zweite Weile 120 durch noch einen weiteren Satz von vier Motoren 146, die am Gehäuse 114 befestigt sind, rotativ angetrieben. Jeder der Motoren 146 ist mit einem Getriebe 148, welches an dessen Ausgangswelle befestigt ist, ausgestattet. Die vier Getriebe 148 der vier Motoren 146 stehen im Eingriff mit einem gemeinsamen Tellerrad 150, welches um die Umfangsfläche des Halteabschnittes 120c der zweiten Welle 120 befestigt ist. Dadurch wird die zweite Welle 120 durch die Motoren 146 durch den Eingriff des Tellerrades 150 mit den Getrieben 148 unabhängig rotativ angetrieben.

Die dritte röhrenförmige Übertragungswelle (nachfolgend als dritte Welle bezeichnet) 122 ist koaxial zur X-Achse über der äußeren Umfangsfläche der zweiten Welle 120 angebracht. Wie in Fig. 6 und 12 gezeigt, besitzt die dritte Welle 122 einen röhrenförmigen Hauptrumpf 122a mit einem Außendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Öffnung 128 des Gehäuses 114 ist, ein drittes Schneidelement 122b, das einstückig an einem Ende des Hauptrumpfes 122a gebildet ist und einen entfernbaren Halteabschnitt 122c, um eine Bewegung der dritten Welle 122 in Richtung der X-Achse zu verhindern. Das dritte Schneidelement 122b der dritten Welle ist von röhrenförmiger Gestalt. Das Schneidelement 122b ist mit einer Vielzahl von Zähnen 132 an dessen Endfläche und dessen Umfangsfläche ausgestattet.

Um den Schneidkopf 110 nach der Fertigstellung der Bohrung glatt zurückzuziehen, besitzt das Schneidelement 122b der dritten Welle 122 einen ersten ringförmigen Abschnitt 122d, wie in Fig. 8 gezeigt und einen zweiten ringförmigen Abschnitt, der aus drei bogenförmigen Segmenten 122e besteht, und drei Keilblöcken 122f. Der erste ringförmige Abschnitt 122d ist fest mit der dritten Welle 122 verbunden. Die drei bogenförmigen Elemente 122e sind über dem äußeren Umfang des ersten ringförmigen Abschnitts 122d mit einer schwalbenschwanzförmigen Verbindung 122g dazwischen verbunden, so daß die Segmente 122e verschieblich sind, wenn sie in Richtung der X-Achse bezüglich des ersten ringförmigen Abschnittes 122d gedrückt werden. Jeder der drei Keilblöcke 122f befindet sich zwischen zwei Bogensegmenten 122e und ist ebenfalls über dem äußeren Umfang des ersten Ringabschnittes 122d mit der Schwalbenschwanzverbindung 122g dazwischen montiert. Wenn der Schneidkopf 110 zurückgezogen wird, bewegt sich der erste Ringabschnitt 122d dadurch zusammen mit dem Gehäuse 114 und anderen Teilen des Schneidkopfes 110, wobei die Bogensegmente 122e und die Keilblöcke 122f auseinandergefallen im ausgegrabenen Loch zurückbleiben (genauere Beschreibung später), die später aufgesammelt werden können. Natürlich ist die Anzahl der Bogensegmente und der korrespondierenden Keilblöcke nicht auf drei beschränkt, sondern kann wie gewünscht gewechselt werden.

Genauso ist das Schneidelement 120b der zweiten Welle 120 ebenfalls so entworfen, daß es einen ersten Ringabschnitt und einen zweiten Ringabschnitt, bestehend aus drei Bogensegmenten und drei Keilblöcken mit denselben Eingriffsverhältnissen untereinander wie die des Schneidelementes 122b der oben erwähnten dritten Welle 122 besitzt. Dadurch bewegt sich der erste Ringabschnitt zusammen mit dem Gehäuse 114 und anderen Teilen des Schneidkopfes 110, wenn der Schneidkopf 110 zurückgezogen wird, wobei die Bogensegmente und die Keilblöcke auseinanderfallend im ausgehobenen Loch verbleiben (genauere Beschreibung später), welche später aufgesammelt werden können.

Wiederum wird die dritte Welle 122 unabhängig durch einen weiteren Satz von vier Motoren 152, welche am Gehäuse 114 angebracht sind, rotativ angetrieben durch den Eingriff eines Teilerrades 156, welches um die Umfangsfläche der dritten Weile 122 befestigt ist, mit vier Getrieben 154, welche auf jeweiligen Ausgangswellen der Motoren 152 montiert sind.

Aus dem Obigen ist offensichtlich, daß die Zentralwelle 116, die erste Welle 118, die zweite Welle 120 und die dritte Welle 122 unabhängig voneinander rotativ durch jeweilige Sätze von Motoren 134, 140, 146 und 152 angetrieben werden. Darüberhinaus ist entsprechend der Erfindung vorgesehen, daß jeweils zwei radial aneinander angrenzende Wellen bezüglich der X-Achse zu Rotation in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden. Das bedeutet, wenn beispielsweise die Zentralwelle 116 in Gegenuhrzeigerrichtung bezüglich der X-Achse von deren Schneidelement 116b betrachtet rotiert, dann wird die erste Welle 118 zu Rotation in Uhrzeigerrichtung in Bezug auf die X-Achse angetrieben, und die zweite Welle 120 wird zu Rotation im Gegenuhrzeigersinn angetrieben, während die dritte Welle 122 zu Rotation im Uhrzeigersinn angetrieben wird. Zusätzlich sind entsprechend der Erfindung die Dimensionen der Wellen 116, 118, 120 und 122 und deren jeweiligen Schneidelemente 116b, 118b, 120b und 122b in einer Weise festgelegt, daß eine Summe der Schneidbereiche, welche durch die Schneidelemente der Wellen abgedeckt werden, die in eine Richtung rotieren, im wesentlichen gleich ist mit einer Summe der Schneidbereiche, welche durch die Schneidelemente der Wellen bedeckt wird, die in die entgegengesetzte Richtung rotieren.

Als ein Beispiel wird ein Bohrprozeß unter Benutzung des Schneidkopfes 110 kurz beschrieben.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird ein Bohrständer 166 im Zentrum der Bohrposition installiert. Eine Bohreinheit 168 und der Schneidkopf 110 sind am Bohrständer 166 durch dessen Führungsrahmen 170 so aufgehängt, daß der Schneidkopf 110 in der Bohreinheit 168 aufgenommen wird, ausgenommen dessen Schneidelemente 116b, 118b, 120b und 122b. Der Schneidkopf 110 wird dann in einer solchen Art angetrieben, daß jeweils zwei radial aneinander angrenzende Übertragungswellen und folglich deren Schneidelemente zum Schneiden des Erdbodens zu Rotation in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden. Die ausgegrabene Erde wird durch die spiralförmigen Schneidklingen 160 des Schneidelementes 118b und die spiralförmigen Schneidklingen 164 der Schneidelemente 120b ebenso transportiert, wie sie durch die Öffnungen 158 des Schneidelementes 118b und die Öffnungen 162 des Schneidelementes 120b in das Zentrum des Schneidkopfes 110 passiert, und dann wird sie an eine Position hinter dem Schneidkopf 110 durch die Schraubspindeltyp-Zentralwelle 116 transportiert. Ein Greiferkübel 172 wird dem Schneidkopf 110 nachfolgend von dem Bohrständer 166 heruntergehängt, um die ausgegrabene Erde zu entfernen. Die Pfahleinheit 168 rückt aufgrund ihres eigenen Gewichts gleichzeitig mit dem Schneiden und Entfernen der Erde vor.

Wenn die benötigte Tiefe erreicht ist, wird der Schneidkopf 110 zurückgezogen. Da die Bogensegmente und die Keilblöcke der Schneidelemente 120b und 122b durch das untere Ende der Pfahleinheit 168 wie oben erwähnt gestoppt werden, bleiben sie zurück und verstreuen sich in dem ausgehobenen Pfahlloch, wenn die Ringabschnitte der Schneidelemente 120b und 122b mit den anderen Teilen des Schneidkopfes 110 zurückgezogen werden, und können dadurch vom Greiferkübel 172 herausgenommen werden. Dann wird Beton eingegossen, um den Boden der Pfahlröhre abzudichten. Verstärkte Stäbe werden in Löcher 174 (Fig. 7) plaziert, welche vorher in der Bohreinheit 168 gebildet wurden. Dann wird Zementbrei in die Löcher 174 gegossen, um die verstärkten Stäbe und die Pfeilereinheit miteinander zu verbinden.

Wenn der Schneidkopf die obige Struktur besitzt, ist die Abweichung des ausgegrabenen Tunnels oder Loches vom vorgegebenen Weg eliminiert oder zumindest minimiert, die Schneideffizienz ist verbessert und jeglicher große einzelne Stein oder ähnliches, auf den während des Schneidens getroffen werden könnte, wird effektiv ohne Einlagerung in den Schneidkopf geschnitten, da jeweils zwei radial aneinander angrenzende Elemente zu Rotation in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden, statt daß alle Schneidelemente zu Rotation in eine Richtung angetrieben werden.

Zusätzlich heben sich die Reaktionskräfte, die durch das Schneiden, das durch die in eine Richtung rotierenden Schneidelemente ausgeführt wird, und das Schneiden, das durch die Schneidelemente, die in die andere Richtung rotieren, ausgeführt wird, im wesentlichen gegeneinander auf. Folglich ist der Rumpf des Schneidkopfes in einem ausbalancierten Zustand.

Darüberhinaus wird während des Grabens mit dem Schneidkopf die Erde an der Wand des Pfahlloches durch die Pfahleinheit unterstützt und das synchrone Entfernen der ausgegrabenen Erde wird durch den Greiferkübel ausgeführt, wodurch die Arbeitseffizienz signifikant verbessert wird.

Als nächstes wird ein Schneidkopf entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf Fig. 13 beschrieben, welche eine Schnittansicht ist, die den Schneidkopf angewendet in einer Vortriebsschildmaschine, einer Tunnelbohrmaschine, einer Röhren-Vortriebsschildmaschine oder ähnlichem zum Bohren in horizontale Richtung zeigt.

Wie in Fig. 13 gezeigt, besitzt der Schneidkopf 210 entsprechend der Erfindung ein festes Gehäuse 214 mit einer zentralen X-Achse, eine zentrale Übertragungswelle 216, eine erste röhrenförmige Übertragungswelle 218, eine zweite röhrenförmige Übertragungswelle 220 und eine dritte röhrenförmige Übertragungswelle 222. Das Gehäuse 214 besitzt einen zentralen Abschnitt 214d, welcher gleich den Gehäusen 14 und 114 ist, welche in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben wurden, einen peripheren Ringabschnitt 214e und eine Anzahl von Halteringen 214f, welche den peripheren Ringabschnitt 214e mit dem Zentralabschnitt 214d verbinden. Der Zentralabschnitt 214d des Gehäuses 214 nimmt die Wellen 216, 218, 220 und 222 koaxial um die zentrale X-Achse auf.

Die zentrale Übertragungswelle (nachfolgend als Zentralwelle bezeichnet) 216 und die erste röhrenförmige Übertragungswelle (nachfolgend als erste Welle bezeichnet) 218 des Schneidkopfes 210 sind im wesentlichen jeweils die gleichen wie die Zentralwelle 116 und die erste Welle 118 des erwähnten Schneidkopfes 110 entsprechend der zweiten Ausführungsform bezüglich ihrer Struktur und ihrer Antriebsanordnung. Folglich wird deren Beschreibung hier ausgelassen.

Die zweite röhrenförmige Übertragungswelle (nachfolgend als zweite Welle bezeichnet) 220 des Schneidkopfes 210 ist bezüglich ihrer Struktur und ihrer Antriebsanordnung gleich zur zweiten Welle 120 des Schneidkopfes 110, außer, daß eine Vielzahl spiralförmiger Schneidklingen 264 entlang der äußeren Umfangsfläche angebracht sind und um diese herum verlaufen, anstatt an der inneren Umfangsfläche des röhrenförmigen Schneidelementes der zweiten Welle 220.

Die dritte röhrenförmige Übertragungswelle (nachfolgend als dritte Welle bezeichnet) 222 des Schneidkopfes 210 ist bezüglich ihrer Struktur und ihrer Antriebsanordnung gleich der dritten Welle 122 des Schneidkopfes 120, außer, daß eine Vielzahl von spiralförmigen Schneidklingen 276 entlang der inneren Umfangsfläche des röhrenförmigen Schneidelementes der dritten Welle 222 verlaufen diese herum verlaufen und eine Vielzahl von Zähnen 232 auf den spiralförmigen Schneidklingen 276 angebracht sind.

Das heißt, daß in gleicher Weise die Zentralwelle 216, die erste Welle 218, die zweite Welle 220 und die dritte Welle 222 unabhängig voneinander rotativ durch jeweilige Sätze von Motoren angetrieben werden. Darüberhinaus ist entsprechend der Erfindung vorgesehen, daß jeweils zwei radial aneinander angrenzende Wellen bezüglich der X-Achse zu Rotation in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden. Das bedeutet, wenn die Zentralwelle 216 in Gegenuhrzeigerrichtung bezüglich der X-Achse von deren Schneidelement betrachtet rotiert, dann wird die erste Welle 218 zur Rotation in Uhrzeigerrichtung in Bezug auf die X-Achse angetrieben, und die zweite Welle 220 wird zu Rotation in Gegenuhrzeigersinn angetrieben, während die dritte Welle 222 zu Rotation im Uhrzeigersinn angetrieben wird. Zusätzlich sind entsprechend der Erfindung die Dimensionen der Wellen 216, 218, 220 und 222 und deren jeweiligen Schneidelemente in einer Weise festgelegt, daß eine Summe der Schneidbereiche, welche durch die Schneidelemente der Wellen abgedeckt werden, die in eine Richtung rotieren, im wesentlichen gleich ist mit einer Summe der Schneidbereiche, welche durch die Schneidelemente der Wellen bedeckt wird, die in die entgegengesetzte Richtung rotieren.

Zusätzlich sind in dieser Ausführungsform zwei drehbare Schilde 278 und 280 hinter den Schneidelementen der Wellen angeordnet, um den peripheren Ringabschnitt 214e des Gehäuses 214 zu umgeben. An den äußeren Umfangsflächen der Schilde 278 und 280 sind Zähne 232 vorgesehen. Die Schilde 278 und 280 werden in gleicher Weise rotativ angetrieben wie die Wellen. Das bedeutet, jeder der Schilde 278 und 280 wird durch einen Satz Motoren durch Eingriff von Getrieben, welche auf den jeweiligen Ausgangswellen der Motoren verbunden sind, mit einem Tellerrad, das an der inneren Umfangsfläche der Schilde montiert ist, rotativ angetrieben.

Der Betrieb des Schneidkopfes 210 wird kurz unter Bezug auf die Fig. 13 beschrieben. Zunächst wird der Schneidkopf 210 in einer solchen Weise angetrieben, daß zwei radial aneinander angrenzende Übertragungswellen und folglich deren Schneidelemente zu Rotation in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden. Jeder einer Anzahl von hydraulischen Druckzylindern 282 wird betätigt, um eine geeignete Anpreßkraft auf den Schneidkopf 210 für dessen Vorschub zu erzeugen und aufrecht zu erhalten, um die Erde zu schneiden. Die ausgegrabene Erde wird durch die spiralförmigen Schneidklingen der Schneidelemente 218b, 220b und 222b transportiert ebenso wie durch die Öffnungen der Schneidelemente 218b und 220b (nicht gezeigt) in das Zentrum des Schneidkopfes 210 durchgelassen und dann nach hinten transportiert (nach rechts in Fig. 13) durch die Zentralwelle 216.

Ein Schneckenförderer 284 wird für den Ausstoß der ausgegrabenen Erde angetrieben. Ist die Erd-Ausstoßgeschwindigkeit des Schneckenförderers 284 geringer als die Erd- Anliefergeschwindigkeit der zentralen Welle 216, so sammelt sich die Erde am Ende der Zentralwelle 216, und folglich tritt Verdichtung und Entwässerung der Erde auf. Deshalb wird die Ausstoßgeschwindigkeit des Schneckenförderers 284 angepaßt, um die Erd- Ausstoßmenge und den Feuchtigkeitsgehalt der Erde zu kontrollieren.

Die Schilde 278 und 280 werden ebenfalls zu Rotation in entgegengesetzte Richtungen angetrieben. Folglich wird die Reibung zwischen dem Schneidkopf 210 und der Erde reduziert und folglich erfordert es nur eine kleine Druckkraft, um den Vorschub des Schneidkopfes 210 durchzuführen. Wenn das Schneiden des Schneidkopfes 210 aus irgendeinem Grund gestoppt werden muß oder der Schneidkopf 210 sich durch einen Rückfluß von zurückfließendem Schlamm oder durch geologisch verstärkte Schlammbedeckung des Kopfes festfrißt, unterstützt die Rotation der Schilde 278 und 280 den Schneidkopf 210 freizukommen. Zusätzlich wird die Erde der ausgeschachteten Tunnelwand an einer Seite des Schneidkopfes 210 komprimiert, während die Erde an der anderen Seite des Schneidkopfes 210 locker wird, wenn der Vorschub des Schneidkopfes 210 einer Kurve folgt. Die Rotation der Schilde 278 und 280 unterstützt beim Schneiden der komprimierten Erde durch die Zähne 232, welche darauf angebracht sind, und Bewegen der ausgehobenen Erde von der komprimierten Seite auf die lockere Seite.

Besitzt der Schneidkopf die obige Struktur, wird jeder große einzelne Stein oder ähnliches, welcher während des Schneidens getroffen werden könnte, effektiv ohne Einlagerung in den Schneidkopf geschnitten, da jeweils zwei radial benachbarte Schneidelemente in entgegengesetzte Richtungen rotativ angetrieben werden. Darüberhinaus befindet sich der Rumpf des Schneidkopfes in einem ausbalancierten Zustand, so daß die Richtungskontrolle einfach ist und die Phänomene eines Zick-Zack- Kurses, Rauf- und Runtervibration, Umkehrvibration und ähnliches eliminiert sind. Zusätzlich gewährleisten die Schilde, daß der Schneidkopf nicht verklemmt und die ausgehobene Erde bei einem Wechsel der Schneidrichtung des Schneidkopfes von der komprimierten Seite auf die lockere Seite bewegt wird.

Als nächstes wird ein Schneidkopf entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf Fig. 14 beschrieben, welche eine Schnittansicht ist, welche den Schneidkopf in einer Anwendung in einer Schildmaschine, einer Tunnelbohrmaschine oder ähnlichem zum Ausheben eines großen, langgestreckten Tunnels in horizontaler Richtung zeigt.

Wie in Fig. 14 gezeigt, unterscheidet sich der Schneidkopf 310 entsprechend der vierten Ausführungsform von dem Schneidkopf 210 entsprechend der dritten Ausführungsform dadurch, daß der Schneidkopf 310 insgesamt sechs Übertragungswellen besitzt, das bedeutet, eine zentrale Schraubspindeltyp- Übertragungswelle 316 und fünf röhrenförmige Übertragungswellen 318h bis 318l, welche koaxial um die X-Achse eines Gehäuses 314 angebracht sind. Die Struktur und die Antriebsanordnung für jede der Wellen ist im wesentlichen die gleiche wie die der zahlreichen oben beschriebenen Wellen in den vorigen Ausführungsformen. Folglich wird deren Beschreibung hier ausgelassen. Jedoch ist zu beachten, daß das feste Gehäuse 314 in dieser Ausführungsform in eine Art modifiziert ist, daß mehrere Sätze von Motoren zum Antrieb der korrespondierenden Wellen hintereinander in radialer Richtung statt in axialer Richtung des Gehäuses 314 angebracht sind, wodurch die Dimension des Gehäuses 314 in dessen axialer Richtung reduziert wird.

Wie bei der dritten Ausführungsform sind drei drehbare Schilde 378, 380 und 386 hinter den Schneidelementen der Wellen angebracht, um das Gehäuse 314 zu umgeben. Zähne 332 sind an den äußeren Umfangsflächen der Schilde 378, 380 und 386 vorgesehen. Die Schilde 378, 380 und 386 werden zur Rotation in gleicher Weise angetrieben wie die Wellen. Das bedeutet, jeder der Schilde 378, 380 und 386 wird durch einen Satz Motoren zu Rotation angetrieben durch einen Eingriff von Getrieben, welche mit der jeweiligen Ausgangswelle der Motoren verbunden sind, mit einem Tellerrad, das auf der inneren Umfangsfläche der Schilde montiert ist. Zusätzlich werden jeweils zwei aneinander grenzende Schilde in unterschiedliche Richtung bezüglich der X-Achse zu Rotation angetrieben.

Der Betrieb des Schneidkopfes entsprechend der vierten Ausführungsform der Erfindung ist im wesentlichen der gleiche wie der des Schneidkopfes entsprechend der dritten Ausführungsform, und folglich wird dessen Beschreibung hier ausgelassen. Der Schneidkopf entsprechend der vierten Ausführungsform hat den zusätzlichen Vorteil, daß durch Modifikation des Gehäuses in einer Weise, daß mehrere Sätze von Motoren zum Antrieb der korrespondierenden Wellen hintereinander in radialer Richtung, statt in axialer Richtung des Gehäuses angeordnet sind, die Anzahl der Wellen und folglich der Schneidelemente gesteigert werden kann, um großräumige Tunnelarbeiten durchzuführen.

Aus der obigen Beschreibung ist offensichtlich, daß alle Schneidköpfe auf derselben technischen Idee basieren, wobei sie entsprechend verschiedenen Ausführungsformen in Bezug auf ihre äußere Erscheinung, Größe und Anwendungsbedingungen verschieden sein können. Das bedeutet, eine Mehrzahl von Übertragungswellen mit ihren jeweiligen Schneidelementen sind koaxial angeordnet und jede der Wellen ist unabhängig mit Antriebsmotoren ausgestattet. Im Betrieb werden die Wellen um eine gemeinsame Achse unabhängig voneinander zu Rotation angetrieben und jeweils zwei radial benachbarte Wellen werden in entgegengesetzte Richtungen zur Rotation angetrieben, so daß die Schneidoberfläche in eine Vielzahl von konzentrischen Ringabschnitten geteilt ist, welche von den jeweiligen Schneidelementen zu schneiden ist, wodurch der Effekt erreicht wird, daß die Reaktionskräfte, welche aus den Schnitten resultieren, die durch die jeweiligen Schneidelemente ausgeführt werden, einander im wesentlichen aufheben.

Claims (11)

1. Ein Schneidkopf umfassend:
ein festes Gehäuse (14, 114, 214, 314), das eine Rotationsachse definiert;
eine Vielzahl von Übertragungswellen, einschließlich einer zentralen Übertragungswelle (16, 116, 216, 316) und mindestens zwei röhrenförmigen Übertragungswellen (18, 20, 22, 118, 120, 122, 218, 220, 222, 318h-l), wobei jede Welle ein erstes, fest mit einem Schneidelement (16b, 18b, 20b, 22b, 116b-222b) verbundenes Ende und ein zweites Ende besitzt;
eine Vorrichtung (16c, 18c-122c) zum drehbaren Befestigen der Vielzahl von Übertragungswellen an deren zweiten Ende an dem Gehäuse (14, 114, 214, 314) und koaxial zueinander um die Rotationsachse, wobei eine Welle um den äußeren Umfang einer anderen Welle angebracht ist; und
eine Vorrichtung (34, 40, 46, 52, 134-152) zum Antrieb der besagten Vielzahl von Übertragungswellen in einer Weise, daß die Wellen unabhängig voneinander angetrieben werden und jeweils radial aneinander angrenzende Wellen zu Rotation in eine erste Richtung und eine zweite Richtung, welche entgegengesetzt zur ersten Richtung in Bezug auf die besagte Rotationsachse ist, angetrieben werden, wobei Durchmesser der Vielzahl von Übertragungswellen in einer Weise bestimmt sind, daß eine Summe von Schneidbereichen, welche durch die Schneidelemente (16b, 20b) der Wellen (16, 20), welche in die erste Richtung rotieren, im wesentlichen gleich einer Summe von Schneidbereichen ist, welche durch die Schneidelemente (18b, 22b) der Wellen (18, 22) abgedeckt werden, welche in die zweite Richtung rotieren.

2. Ein Schneidkopf nach Anspruch 1, wobei die zentrale Übertragungswelle (116) einen Schraubspindelabschnitt (116a) beinhaltet.

3. Schneidkopf nach Anspruch 1, wobei das Schneidelement (18b, 20b, 22b) ein ringförmiges Element ist, welches mit Zähnen (32) an seiner Oberfläche ausgestattet ist.

4. Schneidkopf nach Anspruch 1, wobei das Schneidelement (118b, 120b) ein röhrenförmiges Element mit einem geschlossenen mit der Übertragungswelle (118, 120) verbundenen Ende und einem offenen Ende ist, und eine Anzahl von Öffnungen (158, 162) und mindestens eine spiralförmige Schneidklinge (160, 164) an einer peripheren Wand des röhrenförmigen Schneidelementes (118b, 120b) vorgesehen sind, wobei Zähne (132) auf einer Endfläche des offenen Endes des röhrenförmigen Elementes (118b, 120b) und auf der zumindest einen spiralförmigen Schneidklinge (160, 164) vorgesehen sind.

5. Schneidkopf nach Anspruch 1, wobei das Schneidelemente einen ersten Ringabschnitt (122d) besitzt, der mit der Übertragungswelle (122) verbunden ist, und einen zweiten Ringabschnitt, der verschieblich über einen äußeren Umfang des ersten Ringabschnitts (122d) mit einer Schwalbenschwanzverbindung (122g) dazwischen verbunden ist, wobei der zweite Ringabschnitt eine Anzahl von Bogenelementen (122e) besitzt und eine korrespondierende Anzahl von Keilblöcken (122f), welche jeweils zwischen zwei Segmente (122e) eingeführt werden, wobei auf dem zweiten Ringabschnitt Zähne (132) vorgesehen sind.

6. Schneidkopf nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zum drehbaren Befestigen der Vielzahl von Übertragungswellen (16-22, 116-122) an deren zweiten Enden mit dem Gehäuse (14, 114) und miteinander einen Halteabschnitt (16c, 18c, 20c, 22c, 116c-122c) für jede der Wellen (16-122) besitzt, welcher entfernbar mit dem zweiten Ende der Welle verbunden ist, und die Vorrichtung besitzt zum Antrieb der Vielzahl der Übertragungswellen (16-122) für jede Welle einen Motor (34-52, 134-152) besitzt, der an dem Gehäuse (14, 114) befestigt ist, ein Getriebe (36, 42, 48, 54, 136-154), das mit einer Ausgangswelle des Motors (34-52, 134-152) verbunden ist, und ein Tellerrad (38, 44, 50, 56), das auf der Welle (16-22, 116-122) montiert ist und im Eingriff mit dem Getriebe (36-54, 136-154) steht.

7. Schneidkopf nach Anspruch 1, weiterhin umfassend zumindest einen drehbaren Schild (278, 280, 378, 380, 386), der das Gehäuse (214, 314) umgibt, wobei der zumindest eine Schild (278, 280, . . .) durch einen Motor durch Eingriff eines Getriebes, das mit einer Ausgangswelle des Motors verbunden ist, mit einem Tellerrad, das auf dem Schild montiert ist, zu Rotation angetrieben wird.

8. Schneidkopf nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (14) mit einem Paar diametral gegenüberliegender Schwenkschäfte (24) an deren äußeren Umfang zum Verbinden mit einem mechanischen Arm einer Schaufel und ein Paar Verbindungshenkel (26) an dessen Ende zum Verbinden mit einem Zylinder der Schaufel ausgestattet ist.

9. Benutzung eines Schneidkopfes nach Anspruch 1, in welcher der Schneidkopf (10) auf einem mechanischen Arm einer Schaufel montiert wird und durch den Arm auf ein gewünschtes Schneidniveau gebracht wird, auf dem der Schneidkopf (10) angetrieben wird, so daß jeweils zwei radial aneinander grenzende Übertragungswellen mit deren jeweiligen Schneidelementen zu Rotation in entgegengesetzte Richtungen zum Schneiden angetrieben werden.

10. Benutzung eines Schneidkopfes (110) nach Anspruch 1, in der ein Bohrständer (116) zur Kontrolle der Bohrrichtung positioniert wird, der Schneidkopf (110) in einer Weise angetrieben wird, daß jeweils zwei radial aneinander angrenzende Übertragungswellen mit deren jeweiligen Schneidelementen in entgegengesetzte Richtungen zu Rotation angetrieben werden zum vertikalen Schneiden von Erdboden, und die geschnittene Erde zu einer Position hinter dem Schneidkopf (110) transportiert wird, um durch einen herabgelassenen Greiferkübel (172) entfernt zu werden, während eine Pfeilereinheit (168) zur Installation vorrückt.

11. Benutzung eines Schneidkopfes (210) nach Anspruch 1, in der der Schneidkopf (210) in einer Weise angetrieben wird, daß jeweils zwei radial aneinander grenzende Übertragungswellen mit deren jeweiligen Schneidelementen zu Rotation in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden zum horizontalen Schneiden von Erdboden, ein Hydraulikzylinder (282) betätigt wird, um einen Anpreßdruck zum Vorschub des Schneidkopfes (210) zu erzeugen, ein Schneckenförderer (284) zum Ausstoßen der geschnittenen Erde angetrieben wird mit einer Ausstoßgeschwindigkeit, die zur Kontrolle der Erd-Ausstoßmenge und des Feuchtigkeitsgehaltes der Erde angepaßt wird, und der Schneidkopf (210) mit Schilden (278, 280) ausgestattet ist, welche in einer Weise angetrieben werden, daß jeweils zwei aneinander grenzende Schilde in entgegengesetzte Richtungen rotieren, um die umgebende Erde zu schneiden und ein Festklemmen des Schneidkopfes (210) zu verhindern.