DE3875247T2

DE3875247T2 - Schildvortriebsmaschine.

Info

Publication number: DE3875247T2
Application number: DE8888112162T
Authority: DE
Inventors: Toshio Akesaka
Original assignee: Iseki Kaihatsu Koki KK
Current assignee: Iseki Kaihatsu Koki KK
Priority date: 1988-07-26
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2008-07-28
Also published as: CA1324619C; EP0352349A1; ATE81385T1; ES2035187T3; EP0352349B1; DE3875247D1; US4886394A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schildvortriebsmaschine mit einem Schildkörper, einer Schneidanordnung, die mehrere Schrammkronen aufweist und im vorderen Bereich des Schildkörpers angeordnet ist, Trageeinrichtungen zum Tragen der Schneidanordnung, derart, daß die Schneidanordnung exzentrisch um die zentrale Achse des Schildkörpers bewegt wird, um die Tunnelabbaufront mit den Schrammkronen abzugraben bzw. auszuhöhlen und mit Antriebseinrichtungen zur exzentrischen Bewegung der Schneidanordnung.
Gemäß einer Verfahrenstechnik zum Rohrvortrieb wird eine Schildvortriebsmaschine an der Vorderfront mehrerer vorzutreibender Rohre angeordnet. Die Tunnelabbaufront wird durch den Betrieb eines auf der Maschine vorgesehenen Schneidkopfes abgegraben. Gleichzeitig werden das Rohr und die Maschine einem Druck ausgesetzt, der durch einen Vortriebszylinder erzeugt wurde, welcher an dem hintersten Rohr angrenzt. Dadurch werden das Rohr und die Maschine in den durch den Betrieb des Schneidkopfes ausgehöhlten Boden vorgetrieben. Der Schneidkopf ist vor einer Trennwand angeordnet, die einen Schildkörper durchquert und von der Trennwand beabstandet.
Während der Fortbewegung der Maschine und des Rohres werden von der Tunnelabbaufront abgegrabende Materialien, beispielsweise Schlick, in eine Druckkammer eingeführt, die zwischen dem Schneidkopf und der Trennwand vorgesehen ist, d. h. einem vorderen Bereich des Schildkörpers durch den Schneidkopf, um den vorderen Bereich zu füllen. Der den vorderen Bereich füllende Schlick dient dazu, eine Flächenerdpressung auf die Trennwand des Schildkörpers auszuüben, sowie eine Reaktion der Trennwand auf die Tunnelabbaufront zu bewirken, woraus resultiert, daß die Tunnelabbaufront durch ein Gleichgewicht zwischen der Reaktion und der Flächenerdpressung stabil aufrechterhalten bleibt, ohne daß ein Einsturz und eine Ausweitung der Tunnelabbaufront erfolgt.
Eine der bekannten Schildvortriebsmaschinen dieses Typs ist in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung (Kokai) Nr. 60-178098, der japanischen Patentveröffentlichungsschrift (Kokai) Nr. 61-102999 und der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung (Kokai) Nr. 63-5097 offenbart. Sie weist einen Rotor zur Zermalmung größeren Gesteins auf, das in dem Schlick enthalten ist und der in dem vorderen Bereich angeordnet ist, um so den Abtransport des abgegrabenen Schlicks zu vereinfachen. In dieser Maschine wird der Rotor mit Hilfe eines Antriebsmechanismus exzentrisch um die zentrale Achse des Schildkörpers gedreht, so daß die Gesteinsbrocken zum Zwecke des Zermalmens gegen die Innenfläche des Schildkörpers gepreßt werden. Die zermalmten Gesteinsbrocken werden mit Hilfe einer Abtransportmaschine zusammen mit dem Schlick zu einem rückwärtigen Bereich des Schildkörpers abtransportiert, ohne daß ein Druck in dem vorderen Bereich reduziert wird.
Ebenfalls in dieser Maschine werden Lagerabschnitte mit Gleitmittel gefüllt, um dadurch die Drehung des Rotors und die eines Schaftes zum Tragen des Rotors zu vergleichmäßigen und die Lagerabschnitte zu schützen, wobei eine Dichteinrichtung zwischen dem Rotor und der Trennwand angeordnet ist. Die Lagerabschnitte werden durch die Dichteinrichtung von dem vorderen Bereich abgegrenzt, um dabei Wasser und Schlick davon abzuhalten, in die Lagerabschnitte zu treten.
Die bekannte Dichteinrichtung dieses Typs besteht aus einer mechanischen Dichtung, die mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen ist, die in einem Teil der Trennwand vorgesehen ist, der dem Rotor gegenüberliegt und dem Rotor gegenüber freiliegt, um sich um die Achse des Schildkörpers herum zu erstrecken, mit einem in der Ausnehmung angeordneten Ring, der in Richtung der Achse des Schildkörpers bewegbar ist sowie einer Feder, mit der der Ring in Richtung des Rotors gedrückt werden kann.
Bei der in der bekannten Schildvortriebsmaschine verwendeten mechanischen Dichtung ist jedoch der Ring eine Hülse mit einem gleichförmigen Außendurchmesser, und ein Durchmesser einer Dichtfläche des Ringes, die den Rotor kontaktiert ist größer als der einer Dichtfläche des den Ring kontaktierenden Rotors. Dadurch wird bei der exzentrischen Bewegung des Rotors die Dichtfläche des Ringes gegenüber dem vorderen Bereich freigelegt. Zu diesem Zeitpunkt kann der Ring in die Ausnehmung gegen die Federkraft aufgrund des Druckes in dem vorderen Bereich gezwungen werden und mindert dadurch den Dichteffekt.
D.h., der vordere Bereich, insbesondere ein Raum um eine Dichteinrichtung wird unter einem Druck gehalten, der größer ist als der in dem Lagerabschnitt. Wenn jedoch die Dichtfläche des Ringes gemäß der bekannten mechanischen Dichtung relativ zu dem vorderen Bereich freigelegt ist, wirkt der Druck in dem vorderen Bereich auf einen Teil der relativ zu dem vorderen Bereich freigelegten Dichtfläche. Dieser Druck dient dazu, den Ring in die Ausnehmung gegen die Federkraft zurückzuziehen, da die bekannte mechanische Dichtung so konstruiert ist, daß sie die dichtende Fläche mit der Trennwand in Kontakt bringt. Dadurch wird der Ring von der Trennwand getrennt, wodurch der Dichtungseffekt gemindert wird.
Auf einem vorderen Ende des Rotors ist die mit mehreren Schrammkronen versehene Schneidanordnung montiert. Jede Schrammkrone ist derart angeordnet, daß die Schneidkante auf einer identischen Fläche senkrecht zur Rotationsachse der Schneidanordnung liegt und radial vom Zentrum des exzentrischen Abschnittes nach außen gerichtet ist. Des weiteren ist die bekannte Maschine mit einem an der Trennwand befestigten inneren Zahnrad versehen sowie mit einem äußeren Zahnrad, das an dem Rotor befestigt ist, um den Rotor um den exzentrischen Abschnitt einer Kurbelwelle zwangsläufig zu drehen. Dadurch werden der Rotor und die Schneidanordnung um die zentrale Achse des Schildkörpers gedreht, während sie um die sich parallel zur zentralen Achse des Schildkörpers erstreckende Achse gedreht werden (um ihre eigenen Achsen). Demgemäß gräbt jede Schrammkrone die Tunnelabbaufront ab, wenn sie nach außen bewegt wird, da die Schneidkante nach außen gerichtet ist. Bei einer derartigen bekannten Maschine jedoch wird der Schildkörper bei dem Abgabevorgang seine Orientierung nach oben ändern, da sich die Schneidanordnung sowohl um den Schildkörper als auch um ihre eigene dreht, während die Schneidkante jeder Schrammkrone nach außen gerichtet ist.
Wird nämlich die Tunnelabbaufront durch die unterhalb der Rotationsachse der Schneidanordnung angeordneten Schrammkronen bei der Dreh- und Rotationsbewegung der Schneidanordnung ausgehöhlt bzw. abgegraben, so wird die Schneidanordnung einer nach oben gerichteten Kraft unterworfen. Dies führt zu dem Resultat, daß die nach oben gerichtete Kraft auf einen vorderen Abschnitt des Schildkörpers gerichtet ist. Wirkt eine derartige Kraft auf den Schildkörper, so schiebt dieser im Falle eines weichen Bodens Erde und Sand nach oben. Dadurch wird ein Raum zwischen der vorderen Unterfläche des Schildkörpers und dem Boden ausgebildet und die Erde und der Sand um den Schildkörper werden in diesen Raum eingeführt, um die geringfügig nach oben gerichtete Richtung des Schildkörpers aufrechtzuerhalten. Dadurch wird jedes Mal bei der Durchführung des Abgrabens durch die unterhalb der Rotationsachse der Schneidanordnung angeordneten Schrammkronen die Orientierung des Schildkörpers graduell nach oben abgeändert. Wird insbesondere Felsen oder Steine aufweisender weicher Untergrund abgegraben, so wirkt eine starke Kraft auf den Schildkörper, derart, daß sich dessen Orientierung merklich ändern wird.
Wird andererseits die Tunnelabbaufront durch die oberhalb der Rotationsachse der Schneidanordnung angeordneten Schneidkronen abgegraben, so wird die Schneidanordnung einer nach unten gerichteten Kraft ausgesetzt. Daher wirkt die nach unten gerichtete Kraft ebenfalls auf den Schildkörper.
Die untere Fläche des Schildkörpers wird jedoch lediglich gegen die Erde und den Sand unterhalb des Schildkörpers aufgrund der nach unten gerichteten Kraft gepreßt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Orientierung des Schildkörpers selbst dann nicht geändert, wenn der abzugrabende Grund weich ist, da kein Raum zwischen der unteren Fläche des Schildkörpers und dem Grund um den Schildkörper ausgebildet wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schildvortriebsmaschine vorzusehen, bei der die Orientierung eines Schildkörpers selbst dann nicht geändert wird, wenn eine Kraft auf den Schildkörper wirkt, welche die Orientierung des Schildkörpers nach oben richtet.
Dieses Ziel wird bei einer Schildvortriebsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 dadurch erreicht, daß entsprechende Schrammkronen Schneidkanten zum abgraben bzw. zum aushöhlen aufweisen, die in Richtung der Rotationsachse der Schneidanordnung gerichtet sind, um die Abbaufront abzugraben bzw. auszuhöhlen, wenn sie in Richtung der zentralen Achse während der exzentrischen Bewegung der Schneidanordnung verschoben bzw. versetzt werden.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem insofern vorteilhaft, als sie eine Schildvortriebsmaschine vorsieht, bei der ein Druck in einem vorderen Bereich eines Schildkörpers nicht auf einen Ring wirkt, wobei eine Minderung des Dichtungseffektes vermieden wird.
Um dies zu erreichen, weist die Schildvortriebsmaschine gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Rotor auf, der in einem vorderen Abschnitt des Schildkörpers angeordnet ist, Trageeinrichtungen, die an der Rückseite des Rotor in dem Schildkörper vorgesehen sind und den Rotor derart tragen, daß dieser um die zentrale Achse des Schildkörpers exzentrisch bewegbar ist, Antriebseinrichtungen zur exzentrischen Bewegung des Rotors und zwischen den Trageeinrichtungen und dem Rotor angeordneten Dichteinrichtungen, wobei die Dichteinrichtung mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen ist, die um die zentrale Achse des Schildkörpers in einem Abschnitt vorgesehen ist, in dem einer der Trageeinrichtungen oder des Rotors einander gegenüberliegt und gegenüber dem anderen der Trageeinrichtung und dem Rotor offenliegt, einem Ring, der in der Ausnehmung angeordnet ist, um in Richtung der zentralen Achse des Schildkörpers bewegbar zu sein und einen im wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweist, sowie einer Feder, die den Ring in Richtung des anderen der Trageeinrichtung und des Rotors zwingt, wobei unter der Annahme, daß der Durchmesser des Ringes D&sub1;, der maximale Durchmesser eines Kontaktabschnittes zwischen dem anderen der Trageeinrichtung und des Rotors und dem Ring D&sub2; und die Exzentrizität der exzentrischen Bewegung e ist, für die Beziehung zwischen D&sub1;, D&sub2; und e gilt:
D&sub1;≤< D&sub2;-2e.
Da der Außendurchmesser des Ringes im allgemeinen konstant und der Durchmesser der Kontaktfläche (Dichtfläche) des anderen der Trageeinrichtung und des Rotors sowie des Ringes
D&sub1;≤D&sub2;-2e ist,
wirkt der Druck in dem vorderen Bereich lediglich auf die äußere Umfangsfläche des Ringes und' die Dichtfläche wird relativ zu dem vorderen Bereich nicht freigelegt, selbst wenn der Ring der Dichteinrichtung um den anderen der Trageeinrichtung und des Rotors durch die Dreh- und Rotationsbewegung des Rotors gedreht wird. Dadurch wird Kraft, die den Ring dazu verleitet, sich gegen die durch den Druck in dem vorderen Bereich der Trennwand bewirkte Federkraft zurückzuziehen, nicht auf den Ring einwirken.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Trageeinrichtung eine Trennwand zur Aufteilung des Inneren des Schildkörpers in einen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich, der hinter dem vorderen Bereich angeordnet ist, und der Rotor wird von einem rotierenden Schaft getragen, der sich durch die Trennwand axial zum Schildkörper erstreckt. Außerdem weist der Ring einen Hauptkörper auf, der verschiebbar in der Ausnehmung aufgenommen ist, sowie einen Vorsprung, der sich koaxial zum Hauptkörper von dessen Ende an der Seite des anderen der Trageeinrichtung und des Rotors in Richtung des anderen der Trageeinrichtung und des Rotors erstreckt. Des weiteren ist in dem Abschnitt, wo der andere der Trageeinrichtung und des Rotors den Ring kontaktiert, eine Trageauflage angeordnet, die in Kontakt mit dem Ring gebracht wurde.
Eine andere Schildvortriebsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Schildkörper, eine Schneidanordnung mit einer Mehrzahl von Schrammkronen, die in einem vorderen Abschnitt des Schildkörpers angeordnet ist; Mittel zum Tragen der Schneidanordnung derart, daß die Schneidanordnung exzentrisch um die zentrale Achse des Schildkörpers bewegt wird, um die Tunnelabbaufront mit den Schrammkronen abzugraben bzw. auszuhöhlen, sowie Antriebseinrichtungen zur exzentrischen Bewegung der Schneidanordnung, wobei jede Schrammkrone derart angeordnet ist, daß sie bei exzentrischer Bewegung der Schneidanordnung einen nach unten gerichteten Gegendruck auf den Schildkörper überträgt, wenn die Schrammkrone zwischen der Rotationsachse der Schneidanordnung zum Abgraben von Erde und Sand angeordnet ist, wohingegen die Schrammkrone einen nach oben gerichteten Gegendruck auf den Schildkörper überträgt, wenn sie oberhalb der Rotationsachse der Schneidanordnung zum Abgraben von Erde und Sand angeordnet ist.
Gemäß dieser Maschine wirkt die nach unten gerichtete Kraft auf den vorderen Abschnitt des Schildkörpers, wenn die Tunnelabbaufront durch die unterhalb der Rotationsachse der Schneidanordnung während der Dreh- und Rotationsbewegung der Schneidanordnung angeordneten Schrammkronen abgegraben bzw. ausgehöhlt wird. Wird die Tunnelabbaufront durch die oberhalb der Rotationsachse der Schneidanordnung angeordneten Schrammkronen im Gegensatz dazu abgegraben bzw. ausgehöhlt, so wirkt die nach oben gerichtete Kraft auf den Schildkörper.
Wirkt die nach unten gerichtete Kraft auf den Schildkörper, so wird die untere Fläche des Schildkörpers lediglich gegen die Erde und den Sand gepreßt, die unterhalb des Schildkörpers angeordnet sind. Zu diesem Zeitpunkt wird kein Raum zwischen der unteren Fläche des Schildkörpers und dem Boden um den Schildkörper ausgebildet, so daß die Orientierung des Schildkörpers selbst dann nicht geändert wird, wenn der abzugrabende Boden weich ist.
Wenn des weiteren die nach oben gerichtete Kraft auf den Schildkörper wirkt, wird die Tunnelabbaufront durch die Schrammkronen in Richtung eines ausgehöhlten Raumes nach unten abgekratzt. Je weicher der abzugrabende bzw. auszuhöhlende Boden ist, desto geringer ist demgemäß die nach oben gerichtete Kraft, die auf den Schildkörper wirkt, und dementsprechend wird unterhalb des Schildkörpers kein Raum ausgebildet. Daraus resultiert, daß die Orientierung des Schildkörpers nicht geändert wird. Ist der abzugrabende bzw. auszuhöhlende Boden hart, so wird der Schildkörper daran gehindert, seine Orientierung aufgrund des harten Bodens zu ändern.
Jede Schneidkrone kann derart angeordnet werden, daß ihre Schneidkante in Richtung der Rotationsachse der Schneidanordnung gerichtet ist. Ebenfalls können entsprechende Schrammkronen, die nicht mit den Schrammkronen identisch sind, die bei dem Rotationszentrum der Schneidanordnung angeordnet sind, derart angeordnet werden, daß ihre Schneidkanten auf der identischen Fläche senkrecht zu der zentralen Achse der Schneidanordnung angeordnet sind, oder ihre Schneidkanten sind vor der Schneidkante der Schrammkrone angeordnet, die in einer seitlichen Position zum Rotationszentrum relativ zu den Positionen der Schrammkronen angeordnet ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Trageeinrichtung eine Trennwand, welche das Innere des Schildkörpers in einen vorderen Bereich und einen hinter dem vorderen Bereich angeordneten hinteren Bereich aufteilt. In diesem Fall weist die Antriebseinrichtung eine Welle auf, die sich durch die Trennwand in axialer Richtung des Schildkörpers erstreckt, einen durch den exzentrischen Abschnitt der Welle in dem vorderen Bereich des Schildkörpers drehbar gelagerten Rotor, einen Zahnradmechanismus, der mit einer Innenverzahnung versehen ist und an einem des Schildkörpers oder der Trennwand und dem Rotor befestigt ist und einer Außenverzahnung, die an dem anderen des Schildkörpers oder der Trennwand und dem Rotor befestigt ist, sowie einen Antriebsmechanismus zur Drehung der Welle. Die Schneidanordnung ist auf dem vorderen Ende des Rotors montiert. Dadurch wird die Schneidanordnung um die Rotationsachse der Welle bei der Rotation der Welle gedreht sowie gleichzeitig um den exzentrischen Abschnitt.
Die zuvor genannten sowie weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Schildkörpers einer Schildvortriebsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der Maschine in Fig. 1;
Fig. 3 eine Ansicht der Maschine gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 aus Fig. 2 und
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Abschnitt einer mechanischen Dichtung darstellt.
Eine in den Fig. 1-5 dargestellte Schildvortriebsmaschine 10 umfaßt einen rohrförmigen Schildkörper 12, der mit aneinander angrenzenden ersten und zweiten Körpern 14, 16 versehen ist.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist der erste Körper 14 mit einem ersten rohrförmigen Abschnitt 14a versehen, der eine konische Schlickzertrümmerungskammer begrenzt und eine Bohrung aufweist, die graduell nach hinten konvergiert, d. h. ein erster Raum 18 und ein zweiter rohrförmiger Abschnitt 14b, der eine Schlammwasserkammer begrenzt und einem, hinteren Abschnitt des ersten Raumes 18 folgt und einen Querschnittsbereich aufweist, der breiter ist als derjenige des ersten Raumes, d. h. einem zweiten Raum 20. Die ersten und zweiten rohrförmigen Abschnitte 14a, 14b liegen trennbar aneinander an, um miteinander an dem hinteren Ende des ersten ringförmigen Abschnittes 14a und dem vorderen Ende des zweiten rohrförmigen Abschnittes 14b durch eine Mehrzahl von Bolzen verbunden zu werden.
Der erste Raum 18 kann eine Bohrung etwa gleichförmiger Querschnittsfläche aufweisen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind sich in Umfangsrichtung erstreckende Nuten auf den äußeren Peripherien der vorderen und hinteren Enden eines zweiten rohrförmigen Abschnittes 14b ausgebildet. Das vordere Ende des zweiten rohrförmigen Abschnittes 14b ist mit dem hinteren Ende des ersten rohrförmigen Abschnittes 14a zur trennbaren Verbindung des ersten und des zweiten rohrförmigen Abschnittes 14a, 14b mittels einer Mehrzahl von Bolzen verbunden. Mehrere Bolzen sind zur trennbaren Verbindung des ersten und des zweiten Körpers 14, 16 in einem Flanschabschnitt angeordnet, der auf der äußeren Peripherie des ,hinteren Endes des zweiten rohrförmigen Abschnittes 14b durch die in dem hinteren Ende des zweiten rohrförmigen Abschnittes 14b ausgebildete Nut ausgebildet wird.
Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt, ist der erste rohrförmige Abschnitt 14a an der Innenseite des hinteren Endes mit einem ringförmigen Innengitter 22 versehen, welches das Innere des ersten Körpers 14 in den ersten und zweiten Raum 18, 20 trennt. Das Gitter 22 erstreckt sich entlang der hinteren Endfläche des ersten rohrförmigen Abschnittes 14a und hat mehrere Öffnungen 24, die unter gleichen Winkelabständen um die Achse des Schildkörpers 12 in einer Weise herum angeordnet sind, daß kleine abgegrabene Materialien von dem ersten Raum 18 zu dem zweiten Raum 20 gelangen können, wohingegen größere abgegrabene Materialien daran gehindert werden, von dem ersten Raum 18 zu dem zweiten Raum 20 zu gelangen. Das Gitter 22 kann auf der Innenseite des vorderen Endes des zweiten rohrförmigen Abschnittes 14b montiert sein. Der zweite rohrförmige Abschnitt 14b ist mit einer Trennwand 26 versehen, die das Innere des Schildkörpers 12 in einen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich trennt.
Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt, trägt die Trennwand 26 unverschiebbar und undrehbar eine rohrförmige Hülse 28, die sich axial durch die Trennwand 26 des Schildkörpers 12 erstreckt. An der Seite des ersten rohrförmigen Abschnittes 14a der Trennwand 26 ist ein Innenzahnrad 30, das sich um die Hülse 28 erstreckt, mittels mehrerer Bolzen befestigt. Die Hülse 28 trägt mit Hilfe mehrerer Lager 34 drehbar eine Welle 32, die sich durch die Hülse 28 axial zum Schildkörper 12 erstreckt. Die Welle 32 weist einen Schaftabschnitt 32a auf, der durch die Hülse 28 getragen wird, sowie einen exzentrischen Abschnitt, d. h. einen Schaftabschnitt 32b, der sich von dem Schaftabschnitt 32a aus nach vorne erstreckt. Die Achse des Schaftabschnittes 32a fluchtet mit der Achse des Schildkörpers 12. Andererseits ist die Achse des Schaftabschnittes 32b um die Exzentrizität e von den Achsen des Schildkörpers 12 und des Schaftabschnittes 32a beabstandet und in dem ersten Raum 18 angeordnet.
Wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt, trägt der Schaftabschnitt 32b drehbar mittels mehrerer Lager 38 einen Rotor 36, der zusammen mit dem ersten rohrförmigen Abschnitt 14a einen Brecher bildet. Der Rotor 36 weist konische Gestalt auf, wobei seine Außenfläche sukzessive in Richtung des hinteren Endes divergiert, und ist in dem ersten Raum 18 angeordnet. Ein Spalt zwischen der hinteren äußeren Endfläche des Rotors 36 und der hinteren inneren Endfläche des ersten rohrförmigen Abschnittes 14a ist kleiner als die Abmessungen der Öffnung 24 des Gitters 22 in entgegengesetzter Richtung des Schildkörpers 12. Des weiteren können mehrere Vorsprünge oder Nuten umfangsmäßig auf der Innenfläche des ersten rohrförmigen Abschnittes 14a sowie der Außenfläche des den ersten Raum 18 begrenzenden Rotors 36 vorgesehen sein.
Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, ist eine Schneidanordnung 40 an dem vorderen Ende des Rotors 36 befestigt. Die Schneidanordnung 40 ist mit mehreren Armen 42 versehen, die sich radial zum Schildkörper 12 des Rotors 36 erstrecken, wobei mehrere Schrammkronen 44 jeweils an den Armen 42 befestigt sind. Jede an dem vordersten Ende des Armes 42 befestigte Schrammkrone weist eine innere Schneidkante auf, die in Richtung des Rotationszentrum der Schneidanordnung 40 gerichtet ist, sowie eine äußere Schneidkante, die in die entgegengesetzte Richtung weist. Andererseits sind andere Schrammkronen angeordnet, deren Schneidkanten in Richtung des Rotationszentrum der Schneidanordnung 40 gerichtet, d. h. nach innen gerichtet sind, und zwar gleichzeitig derart, daß ihre innere Schneidkante so angeordnet ist, daß diese hinter der Schneidkante der Schrammkrone angeordnet ist, die an der Außenseite der Schrammkrone liegt, welche die zuvor erwähnte innere Schneidkante aufweist. Des weiteren kann die Schneidkante jeder Schrammkrone auf der identischen Fläche liegen, die senkrecht zur Rotationsachse der Schneidanordnung 40 verläuft.
Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt, ist ein mit dem Innenzahnrad 30 in Eingriff stehendes Außenzahnrad 46 mittels mehrerer Bolzen an der hinteren Endfläche des Rotors 36 befestigt. Das Zahnrad 46 ist exzentrisch von dem Zahnrad 30 um einen Abstand e beabstandet, der gleich der Exzentrizität des Schaftabschnittes 32b in Bezug auf den Schaftabschnitt 32a der Welle 32 ist. Auf diese Weise stehen die Zahnräder 30, 46 in einer diametralen Position miteinander in Eingriff. Die Eingriffsposition beider Zahnräder bewegt sich bei der Drehung der Welle 32 um die Hülse 28. Daraus resultiert, daß der Rotor 36 und die Schneidanordnung 40 sich um die Achse des Schildkörpers 12 drehen, während sie sich (um ihre eigenen Achsen) um den Schaftabschnitt 32b drehen.
Wie in den Fig. 2 und 5 gezeigt, ist eine ringförmige mechanische Dichtung zwischen dem Rotor 36 und dem Innenzahnrad 30 angeordnet, um dazwischen eine Flüssigkeitsabdichtung vorzusehen. Die mechanische Dichtung 48 umfaßt eine ringförmige Nut, d. h. eine Ausnehmung 50, die auf der hinteren Endfläche des Rotors 36 und koaxial zu dem Rotor 36 vorgesehen ist, einen rohrförmigen Ring 52, der in die Ausnehmung eingepaßt ist und identische Außendurchmessergröße aufweist, eine ringförmige Trageauflage 54, die an der vorderen Endfläche des Innenzahnrades 30 und koaxial zu diesem befestigt ist, sowie mehrere Federn 56, mit deren Hilfe der Ring 52 gegen die Trageauflage 54 gedrückt wird. Die Ausnehmung 50 ist zur Seite des Innenzahnrades 30 hin geöffnet.
Der Ring 52 ist mit einem ringförmigen Hauptkörper versehen, der in axialer Richtung des Schildkörpers 12 in der Ausnehmung 50 verschiebbar aufgenommen ist, sowie mit einem Vorsprung, der sich von dem Außenumfang des hinteren Endes des Hauptkörpers nach hinten und koaxial zu dem Hauptkörper erstreckt. Der Hauptkörper und der Vorsprung des Ringes 52 weisen gleiche Außendurchmesser auf und sind koaxial zu dem Rotor 36 angeordnet, d. h. um den Abstand e von dem Innenzahnrad 30 beabstandet. Die Feder 56 besteht aus einer Druckfeder und ist in einem Loch angeordnet, das mit der Ausnehmung 50 in Verbindung steht.
Die entsprechenden Außendurchmesser von Hauptkörper und Vorsprung des Ringes 52, insbesondere die Durchmesser der hinteren Endfläche des Ringes 52 und die vordere Endfläche der Trageauflage 54, d. h. die Kontaktfläche (Dichtfläche) zwischen dem Ring 52 und der Trageauflage 54 sind um einen Wert 2e kleiner als der Außendurchmesser der Trageauflage 54. Der Durchmesser der Kontaktfläche (Dichtfläche) zwischen dem Ring 52 und der Trageauflage 54 kann nämlich folgendermaßen dargestellt werden:
D&sub1;≤D&sub2;-2e
unter der Annahme, daß der Durchmesser des Außenumfanges der hinteren Endfläche (Projektion) des Ringes 52 D&sub1; und der Durchmesser des Außenumfanges der vorderen Endfläche der Trageauflage 54 D&sub2; ist.
Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die Trennwand 26 eine ringförmige Ölkammer 58 auf, welche die Hülse 28 umgibt, wobei Gleitmittel in der Ölkammer 58 aufgenommen ist. Die Ölkammer 58 steht mit einem zwischen der Welle 32 und der Hülse 28 ausgebildeten Raum in Verbindung, und zwar über mehrere in die Trennwand 26 gebohrte Löcher 60, eine auf dem Außenumfang der Hülse 28 ausgebildete Ausnehmung 62 und mehrere in die Hülse 28 gebohrte Löcher 64. Auf diese Weise werden der Raum zwischen der Welle 32 und der Hülse 28 und der Spalt zwischen der Trennwand 26 und der Hülse 28 mit Gleitmittel gefüllt.
Dichtende O-Ringe sind jeweils in dem Kontaktabschnitt zwischen dem vorderen Ende des Rotors 36 und dem vorderen Ende der Welle 32, dem Kontaktabschnitt zwischen dem Rotor 36 und dem Ring 52, dem Kontaktabschnitt zwischen der Trennwand 26 und dem Innenzahnrad 30 und dem Kontaktabschnitt zwischen der Hülse 28 und der Trennwand 26 angeordnet. Ebenfalls ist ein Dichtmaterial 66, das so ausgestaltet ist, daß es ein Übertreten des Gleitmittels verhindert, zwischen dem hinteren Ende der Hülse 28 und dem hinteren Ende der Welle 32 angeordnet. Das Dichtmaterial 66 ist mittels mehrerer Bolzen an der Hülse 28 befestigt.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, weist der zweite Körper 16 einen ersten rohrförmigen Abschnitt 16a auf, der mit dem hinteren Ende des zweiten rohrförmigen Abschnittes 14b verbunden ist, einen zweiten rohrförmigen Abschnitt 16b, der in das hintere Ende des ersten rohrförmigen Abschnittes 16a eingeführt ist und einen dritten rohrförmigen Abschnitt 16c, der mit dem hinteren Ende des zweiten rohrförmigen Abschnittes 16b verbunden ist. Der erste rohrförmige Abschnitt 16a ist auf seinem vorderen Ende mit einer Tragewand 68 versehen, die unter einem rechten Winkel zur Achse des Schildkörpers 12 angeordnet ist, wobei die Tragewand mit einem Loch 70 zur Aufnahme des hinteren Endes der Hülse 28 versehen ist. Der erste rohrförmige Abschnitt 16a und der zweite rohrförmige Abschnitt 16b des zweiten Körpers 16 sind mittels mehrerer Zylinder 72, die dazu vorgesehen sind, die Richtung zu korrigieren, untereinander verbunden. Verbindungen 74, 76 sind jeweils zwischen dem zweiten rohrförmigen Abschnitt 16b und dem dritten rohrförmigen Abschnitt 16c und zwischen dem dritten rohrförmigen Abschnitt 16c und einem zu verlegendem Rohr 100, angeordnet.
An der Rückseite der Tragewand 68 ist mittels mehrerer Bolzen ein Antriebsmechanismus 78 zur Drehung der Welle 32 befestigt. Der Antriebsmechanismus 78 ist mit einem Motor und reduzierenden Übersetzungen versehen. Eine Kraftabgabewelle 80 des Antriebsmechanismus 78 ist in eine Bohrung in dem hinteren Ende der Welle 32 eingesetzt. Die Kraftabgabewelle 80 ist durch ein Futter 82 undrehbar mit der Welle 32 gekoppelt.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, sind auf der äußeren konischen Fläche des Rotors 36 mehrere Flügel 84 montiert, welche die abgegrabenen Materialien in dem ersten Raum 18 bei Rotation des Motors 36 umrühren, um diesen Fluidität zu verleihen.
Die Trennwand 26 und die Tragewand 68 sind jeweils mit Schlickwasserversorgungspfaden 86, 88 versehen, um Schlickwasser von der Rückseite der Maschine 10 dem zweiten Raum 20 zuzuführen, sowie mit einem Schlickwasser-Drainagepfad (nicht gezeigt) zur Drainage des dem zweiten Raum 20 zugeführten Schlickwassers zur Rückseite der Maschine 10 zusammen mit den abgegrabenen Materialien. Auf der Tragewand 68 ist mit Hilfe eines Befestigungsmittels 92 ein Rohr 90 montiert, das dazu dient, das Schlickwasser zu dem Versorgungspfad 88 zu leiten. Ebenfalls auf der Tragewand 68 ist mit Hilfe eines Befestigungsmittels (nicht gezeigt) ein Rohr (nicht gezeigt) montiert, das dazu dient, das Schlickwasser von dem Schlickwasser-Drainagepfad zur Rückseite der Maschine 10 zu leiten.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist am Boden des zweiten Raumes 20 eine Trennwand 94 vorgesehen, durch die das von dem Schlickwasser-Versorgungspfad 86 zugeführte Schlickwasser daran gehindert wird, direkt den Schlickwasser-Drainagepfad zu erreichen, und die gleichzeitig einen Schlickwasser- Durchflußpfad in dem zweiten Raum 20 begrenzt, um Schlickwasser durch Flußpfade in dem zweiten Raum 20 fließen zu lassen.
Wie in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, ist auf dem vorderen Ende des Rotors 36 mit Hilfe mehrerer Schrauben eine scheibenförmige Kappe 96 montiert. Mehrere Schrammkronen 98 zum Abgraben bzw. Aushöhlen des Zentrums der Vorderfläche sind an der Kappe 96 befestigt. Die Schneidkante jeder Schrammkrone 98 ist in Richtung der Rotationsachse des Rotors 36 gerichtet.
Wird das Abgraben bzw. Aushöhlen durchgeführt, so wird der Antriebsmechanismus 78 der Maschine 10 betätigt, um die Welle 32 zu drehen. Dadurch werden der Rotor 36 und die Schneidanordnung 40 mit der Exzentrizität e zu der Achse des Schildkörpers 12 um die Welle 32 in der gleichen Drehrichtung wie die Welle 32 gedreht. Da die Position, in der das an dem Rotor 36 befestigte Außenzahnrad 46 mit dem an der Trennwand 26 befestigten Innenzahnrad 30 sequentiell während der Drehbewegung des Rotors 36 versetzt wird, werden der Rotor 36 und die Schneidanordnung 40 ebenfalls (um ihre eigenen Achsen) um den Schaftabschnitt 32b in der entgegengesetzten Drehrichtung zu der Drehrichtung der Welle 32 gedreht.
Entsprechend der Dreh- und Rotationsbewegung des Rotors 36 und der Schneidanordnung 40 werden die Schrammkronen 44, 98 nicht nur relativ zu dem Schildkörper 12 zusammen mit der Schneidanordnung 40 gedreht, sondern werden ebenfalls in Richtung des Zentrums des Schildkörpers 12 hin- und herbewegt, sozusagen nach innen und rückwärts nach außen, d. h. in der nach außen radialen Richtung des Schildkörpers 12 relativ zu dem Schildkörper 12.
Unter einer derartigen Bedingung, d. h. daß die Schneidanordnung 40 wie zuvor erläutert gedreht wird, unterliegt die Maschine 10 einem Schub durch ein Rohr 100 mittels eines hinter der Maschine 10 angeordneten Vortriebsmechanismus (nicht gezeigt). Dadurch wird die Maschine 10 vorwärts bewegt, wobei sie die Tunnelabbaufront mit der Schneidanordnung 40 abgräbt bzw. aushöhlt und das Rohr 100 wird in das abgegrabene bzw. ausgehöhlte Loch geschoben.
Da die Schneidkante jeder Schrammkrone 44 nach innen gerichtet ist und die Schrammkrone 44 radial von dem Schildkörper 12 und relativ zu diesem hin- und herbewegt wird, gräbt/höhlt die Schrammkrone 44 die Tunnelabbaufront ab/aus, wenn sie sich in Richtung der Rotationsachse bewegt, d. h. relativ zu dem Schildkörper 12 nach innen. Die Schrammkrone 44 gräbt/höhlt jedoch die Tunnelabbaufront nicht ab/aus, wenn sie sich in entgegengesetzter Richtung zur Richtung der Rotationsachse bewegt.
Dementsprechend wird die nach unten gerichtete Kraft auf den vorderen Abschnitt des Schildkörpers 12 ausgeübt, wenn die Tunnelabbaufront durch die unterhalb der Rotationsachse der Schneidanordnung 40 angeordneten Schrammkronen 44 bei der Dreh- und Rotationsbewegung der Schneidanordnung 40 abgegraben bzw. ausgehöhlt wird, wohingegen der Schildkörper 12 der nach oben gerichteten Kraft unterworfen wird, wenn die Tunnelabbaufront durch die oberhalb der Rotationsachse der Schneidanordnung angeordneten Schrammkronen 44 abgegraben bzw. ausgehöhlt wird.
Wirkt die nach oben gerichtete Kraft auf den Schildkörper 12, so schaben die Schrammkronen 44 die Abbaufront in einen abgegrabenen bzw. ausgehöhlten Raum nach unten, so daß, je weiter und schwächer der abzugrabende bzw. auszuhöhlende Boden ist, die auf den Schildkörper 12 wirkende nach oben gerichtete Kraft um so geringer wird. Dadurch wird kein Raum unterhalb des Schildkörpers 12 ausgebildet. Aus diesem Grunde wird die Orientierung des Schildkörpers 12 nicht verändert. Wenn der abzugrabende Boden hart ist, so wird der Schildkörper 12 davon abgehalten, aufgrund des harten Bodens seine Orientierung zu ändern.
Wenn die nach unten gerichtete Kraft auf den Schildkörper 12 wirkt, so wird die untere Fläche des Schildkörpers lediglich gegen die unterhalb des Schildkörpers 12 angeordnete Erde und den Sand gepreßt. Da zwischen der unteren Fläche des Schildkörpers 12 und dem Boden um den Schildkörper kein Raum ausgebildet ist, ,ändert sich die Orientierung des Schildkörpers selbst dann nicht, wenn der abzugrabende Boden weich ist. Insbesondere die sich oberhalb der Tunnelabbaufront befindlichen Gesteinsteile und Sand werden unterhalb der Tunnelabbaufront gesammelt und eine starke, nach unten gerichtete Kraft wirkt auf den Schildkörper, wenn die Gesteins-, Sand- und/oder Kiesteile abgegraben werden. Die Orientierung des Schildkörpers 12 wird jedoch durch die nach unten gerichtete Kraft nicht verändert.
Abgegrabene Erde und Sand, d. h. Materialien, werden in dem ersten Raum 18 aufgenommen. Die in dem ersten Raum 18 aufgenommenen abgegrabenen Materialien werden durch die Flügel 84 bei Drehung des Rotors 36 durchmischt und umgerührt und fließen gleichzeitig von dem ersten Raum 18 durch die Öffnungen 24 in dem Gitter 22 zu dem zweiten Raum 20. Die in die zweite Kammer 20 fließenden abgegrabenen Materialien werden mit Schlickwasser durchmischt, das in die zweite Kammer 20 geführt wurde, und das Gemisch, d. h. Schlamm, wird über den Abtransportmechanismus zur Rückseite der Maschine 10 abtransportiert.
In den abgegrabenen Materialien enthaltene größere Steine, die in dem ersten Raum 18 aufgenommen wurden, werden bei der Dreh- und Rotationsbewegung des Rotors 36 gegen die durch den ersten Raum 18 des Schildkörpers 12 bestimmte Innenfläche mit Hilfe des Rotors 36 gepreßt und in kleinere Teile zermahlen, die wiederum durch die Öffnungen 24 gelangen können. Die zermahlenen kleineren Teile einer Größe, um durch die Öffnungen 24 zu gelangen, werden in dem zweiten Raum durch die Öffnungen 24 aufgenommen. Dadurch wird das Abtransportrohr nicht mit Gestein verstopft.
Der erste und der zweite Raum 18, 20 werden auf einem vorbestimmten Druck gehalten, der so groß ist, daß vermieden wird, daß die Tunnelabbaufront und der Boden während des Abgrabens bzw. der Aushöhlung einstürzen bzw. sich ausweiten. Der Druck in dem zweiten Raum 20 jedoch wird nicht als Kraft auf den Ring 52 wirken, derart, daß er den Ring 52 der mechanischen Dichtung 48 dazu veranlaßt, sich gegen die Kraft der Feder 56 zurückzuziehen.
Selbst wenn der Ring 52 der mechanischen Dichtung 48 durch die Dreh- und Rotationsbewegung des Rotors 36 gegen die Trageauflage 54 gepreßt wird, während die Trageauflage 54 herumgedreht wird, wird die hintere Endfläche des Ringes 52 immer in Kontakt mit der vorderen Endfläche der Trageauflage 54 gebracht, ohne daß sie gegenüber dem zweiten Raum 20 freigelegt wird, da der Außendurchmesser des Ringes 52 im allgemeinen konstant und der Durchmesser der Kontaktfläche (Dichtfläche) zwischen dem Ring 52 und der Trageauflage 54 folgendermaßen dargestellt werden kann:
D&sub1;≤D&sub2;-2e.
Dementsprechend wirkt der Druck im vorderen Bereich der Trennwand lediglich auf die äußere Umfangsfläche des Ringes und die durch den Druck in dem zweiten Raum 20 bewirkte Kraft wirkt nicht auf die hintere Endfläche des Ringes 52. Daraus resultiert, daß die Flüssigkeitsdichtigkeit zwischen dem Ring 52 und der Trageauflage 54 aufrecht erhalten werden kann.

Claims

1. Eine Schildvortriebsmaschine mit:

- einem Schildkörper (12);

- einer Schneidanordnung (40), die mehrere Schrammkronen (44) aufweist und in dem vorderen Bereich des Schildkörpers (12) angeordnet ist;

- Trageeinrichtungen (26, 28, 30, 32, 46) zum Tragen der Schneidanordnungen (40) derart, daß die Schneidanordnung (40) exzentrisch um die zentrale Achse des Schildkörpers (12) bewegt wird, um die Tunnelabbaufront mit den Schrammkronen (44) abzugraben bzw. auszuhöhlen und

- Antriebseinrichtungen (78) zur exzentrischen Bewegung der Schneidanordnung (40), dadurch gekennzeichnet, daß jeweilige Schrammkronen (44) Schneidkanten zum Abgraben bzw. Aushöhlen aufweisen, die in Richtung der Rotationsachse der Schneidanordnung (40) gerichtet sind, um die Abbaufront abzugraben bzw. auszuhöhlen, wenn sie in Richtung der zentralen Achse während der exzentrischen Bewegung der Schneidanordnung (40) verschoben bzw. versetzt werden.

2. Eine Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweilige Schrammkronen (44) mit Ausnahme der Schrammkrone (44), die in dem Rotationszentrumsabschnitt der Schneidanordnung (40) angeordnet ist, derart angeordnet sind, daß die Schneidkanten auf der gleichen Ebene ortogonal zur zentralen Achse positioniert sind oder derart, daß die Schneidkanten vor der Schneidkante der Schrammkrone (44) liegen, die in einer Position an der Seite des Rotationszentrums relativ zu der Position der Schrammkrone (44) angeordnet ist.

3. Eine Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 1, die des weiteren aufweist:

- einen Rotor (36), der in dem vorderen Abschnitt des Schildkörpers (12) und an den Trageeinrichtungen (26-32, 46) angeordnet ist, um exzentrisch um die zentrale Achse des Schildkörpers (12) zusammen mit der Schneidanordnung (40) bewegbar zu sein, wobei der Rotor (36) an seinem vorderen Endabschnitt mit der Schneidanordnung (40) versehen ist; und

- Dichteinrichtungen (48), die zwischen den Trageeinrichtungen (26-32, 46) und dem Rotor (36) angeordnet sind;

wobei die Dichteinrichtungen (48) umfassen:

- eine ringförmige Ausnehmung (50), die um die zentrale Achse herum in einer Position angeordnet ist, wo einer der Trageeinrichtungen (26-32, 46) und des Rotors (36) dem anderen gegenüberliegt und gegenüber der Seite des anderen der Trageeinrichtungen (26-32, 46) und des Rotors (36) freiliegt;

- einen Ring (52), der in der Ausnehmung (50) in Richtung der zentralen Achse beweglich angeordnet ist und einen näherungsweise konstanten Außendurchmesser aufweist; und

- eine Feder (56), die den Ring (52) in Richtung seines anderen preßt; wobei der andere der Trageeinrichtungen (26-32, 46) und des Rotors (36) eine ringförmige Aufnahmefläche mit einem etwa konstanten Außendurchmesser in Kontakt mit dem Ring (52) aufweist und wobei unter der Annahme, daß der Durchmesser des Rings (52) "D&sub1;" ist, der Maximaldurchmesser der Aufnahmefläche "D&sub2;" und der Betrag der Exzentrizität zwischen der zentralen Achse des Ringes (52) und der zentralen Achse der Aufnahmefläche "e" ist, die folgende Beziehung besteht:

D&sub1;≤D&sub2;-2e.

4. Eine Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (52) einen Hauptkörper aufweist, der in der Ausnehmung (50) verschiebbar aufgenommen ist und einen Vorsprung aufweist, der sich koaxial zu dem Hauptkörper von einem Ende an der anderen Seite des anderen der Trageeinrichtungen (26-32, 46) des Hauptkörpers und des Rotors (36) in Richtung des anderen der Trageeinrichtungen (26-32, 46) des Hauptkörpers und des Rotors (36), erstreckt.

5. Eine Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Kontakt mit dem Ring (52) gebrachte und die Aufnahmefläche bestimmende Trageauflage (54) auf dem Kontaktabschnitt des Ringes (52) des anderen der Trageeinrichtungen (26-32, 46) und des Rotors (36) vorgesehen ist.

6. Eine Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageeinrichtungen (26-32, 46) umfassen:

- eine Trennwand (26), die das Innere des Schildkörpers (12) in den vorderen Bereich und den hinter dem vorderen Bereich angeordneten hinteren Bereich aufteilt;

- eine sich axial zum Schildkörper durch die Trennwand (26) erstreckende Welle (32), die durch den Antriebsmechanismus (78) gedreht wird und des weiteren den Rotor (36) am exzentrischen Abschnitt trägt; und

- einen mit einem Innenzahnrad (30) und einem Außenzahnrad (46) versehenen Zahnradmechanismus (30, 46), wobei das Innenzahnrad an dem Schildkörper (12) oder einem der Trennwand (26) und dem Rotor (36) und das Außenzahnrad an dessen anderen befestigt ist.