DE102014013846A1 - cutting roller - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Lagerung von Schneidrollen, die auf den rotierenden Werkzeugträgern von Tunnelvortriebsmaschinen einbaubar sind und die einen gelagerten Schneidrollengrundkörper mit einem oder mehreren wechselbaren oder nicht wechselbaren Schneiden oder Schneidringen umfassen. Hierin integriert sind Radiallager zur Aufnahme von in radialer Richtung wirkenden Kräften und Axiallager, die in axialer Richtung wirkende Kräfte aufnehmen, wobei die Axiallager in axialer Richtung außerhalb der Radiallager bzw. des Radiallagers angeordnet sind.The invention relates to the storage of cutting rollers, which are installed on the rotating tool carriers of tunnel boring machines and which comprise a stored cutting roll main body with one or more exchangeable or non-exchangeable cutting or cutting rings. Integrated therein are radial bearings for receiving forces acting in the radial direction and thrust bearings which receive forces acting in the axial direction, wherein the thrust bearings are arranged in the axial direction outside the radial bearing or the radial bearing.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schneidrolle mit einem Radiallager zur Aufnahme von in radialer Richtung wirkenden Kräften und einem Axiallager, das in axialer Richtung wirkende Kräfte aufnimmt.The invention relates to a cutting roller with a radial bearing for receiving forces acting in the radial direction and a thrust bearing, which absorbs forces acting in the axial direction.
Insbesondere richtet sich die Erfindung auf die Lagerung von Schneidrollen, die auf rotierenden Werkzeugträgern (Bohrkopf bzw. Schneidrad) von Tunnelvortriebsmaschinen einbaubar sind und die einen gelagerten Schneidrollengrundkörper mit einem oder mehreren wechselbaren oder nicht wechselbaren Schneiden (Schneidringen) umfassen. Die Wälzlagerung ist durch die getrennte Übertragung der Radial- und Axialkräfte sowie der in axialer Richtung außerhalb der Radiallager angeordneten Axiallager gekennzeichnet. Die Erfindung betrifft aber auch andere Einsatzfälle für ein derartiges Schneidwerkzeug.In particular, the invention is directed to the storage of cutting rollers, which are installed on rotating tool carriers (drill head or cutting wheel) of tunnel boring machines and which include a stored cutting roll body with one or more removable or non-interchangeable blades (cutting rings). The rolling bearing is characterized by the separate transmission of the radial and axial forces as well as arranged in the axial direction outside of the radial bearing thrust bearing. However, the invention also relates to other applications for such a cutting tool.
Tunnelbauprojekte werden gegenwärtig zunehmend mit Hilfe von Tunnelvortriebsmaschinen realisiert. Die Beschaffenheit des vorliegenden Baugrundes beeinflusst die Wahl der einzusetzenden Abbauwerkzeuge. Rollende Abbauwerkzeuge (Schneidrollen) werden überwiegend für den Abbau von Fels bzw. Festgestein verwendet. Im Boden bzw. Lockergestein werden Schneidrollen häufig als Ergänzung zu gleitenden Abbauwerkzeugen eingesetzt. Während des Abbauvorganges werden die Schneidrollen durch den rotierenden Bohrkopf (bzw. das rotierende Schneidrad) unter Andruck über die Ortsbrust geführt. Dadurch rollen die Schneidrollen auf der Ortsbrust ab und lösen gleichzeitig den Baugrund. Währenddessen sind die Abbauwerkzeuge sehr hohen und zum Teil stoßartigen Belastungen in radialer und axialer Richtung ausgesetzt, die zur Schädigung und letztendlich zum Ausfall der Schneidrollenlagerung führen.Tunneling projects are currently being increasingly implemented with the help of tunnel boring machines. The nature of the present subsoil influences the choice of the mining tools to be used. Rolling mining tools (cutting rollers) are mainly used for the mining of rock or hard rock. In soil or loose rock cutting rollers are often used as a supplement to sliding mining tools. During the mining process, the cutting rollers are guided by the rotating drill head (or the rotating cutting wheel) under pressure over the working face. As a result, the cutting rollers roll on the working face and simultaneously loosen the ground. Meanwhile, the mining tools are exposed to very high and sometimes shock loads in the radial and axial directions, leading to damage and ultimately failure of the cutting roller bearing.
Der für die Schneidrollen zur Verfügung stehende Bauraum ist durch den Bohrkopf (bzw. das Schneidrad) vorgegeben und begrenzt die Baugröße der verwendbaren Lager. Nach heutigem Stand der Technik werden Schneidrollen überwiegend mit Kegelrollenlagern ausgeführt, die gleichzeitig radiale und axiale Lasten aufnehmen.The available space for the cutting rollers space is specified by the drill head (or the cutting wheel) and limits the size of the usable bearings. According to the current state of the art, cutting rollers are predominantly designed with tapered roller bearings which simultaneously absorb radial and axial loads.
Schneidrollen werden mit großen, in radialer Richtung wirkenden Kräften belastet (mittlere Kräfte von 250 kN, Spitzenlasten von bis zu 2500 kN). Etwa 1/10 dieser Belastung wirkt in axialer Richtung. Neben Kegelrollenlagern sind Zylinderrollenlager zur Aufnahme dieser Kräfte geeignet. Jedoch muss zur Aufnahme der axialen Kräfte eine separate Axiallagerung vorgesehen werden. Schneidrollen mit Kegelrollenlagerung werden in unterschiedlichen Bauformen derzeit von den meisten Herstellern verwendet. Seltener werden Schneidrollen mit Zylinderrollenlagern ausgeführt, bei denen die Lasten durch separate Axial- und Radialzylinderrollenlager aufgenommen werden. Dabei sind die Axialzylinderrollenlager zwischen den Radialzylinderrollenlagern angeordnet.Cutting rollers are loaded with large forces acting in the radial direction (average forces of 250 kN, peak loads of up to 2500 kN). About 1/10 of this load acts in the axial direction. In addition to tapered roller bearings, cylindrical roller bearings are suitable for absorbing these forces. However, a separate Axiallagerung must be provided to accommodate the axial forces. Tapered roller bearing cutting rollers are currently used by most manufacturers in a variety of designs. Less frequently, cutting rollers with cylindrical roller bearings are used in which the loads are absorbed by separate axial and radial cylindrical roller bearings. The axial cylindrical roller bearings are arranged between the radial cylindrical roller bearings.
Schneidrollen mit Kegelrollenlager haben insbesondere bei hohen und stoßartigen Lasten eine geringe Lagerlebensdauer. Schneidrollen mit Zylinderrollenlagern und innen liegenden Axiallagern führen zu einer Einschränkung des Bauraumes der Radialzylinderrollenlager durch die Baugröße der Axialzylinderrollenlager und dadurch zu einer eingeschränkten Lagerlebensdauer der Radialzylinderrollenlager. Außerdem ist ein ungünstiger Kraftfluss innerhalb des Schneidrollengrundkörpers zu beobachten.Tapered roller bearing cutting rollers have a low bearing life, especially with high and shock loads. Cutting rollers with cylindrical roller bearings and internal thrust bearings lead to a restriction of the installation space of the radial cylindrical roller bearings by the size of the axial cylindrical roller bearings and thereby to a limited bearing life of the radial cylindrical roller bearings. In addition, an unfavorable flow of force can be observed within the cutter roll main body.
Die Aufgabenstellung der Erfindung richtet sich auf die Verbesserung der Lagerlebensdauer von Schneidrollen.The object of the invention is directed to the improvement of the bearing life of cutting rollers.
Diese Aufgabe wird mit einer Schneidrolle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a cutting roller having the features of patent claim 1.
Es werden somit eine Radialzylinderrollenlagerung und eine separate, außen liegende Axialzylinderrollenlagerung vorgeschlagen, bei der die Axiallager in axialer Richtung außerhalb der Radiallager angeordnet sind.Thus, a radial cylindrical roller bearing and a separate, external axial cylindrical roller bearing are proposed in which the axial bearings are arranged in the axial direction outside the radial bearings.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Die Radial- und die Axiallagerung der Schneidrollen sind als Wälzlagerungen mit Wälzkörpern ausgeführt. Als Wälzkörper kommen unterschiedliche Geometrien (Beispielsweise: Kugeln, Tonnen, Kegel, Nadeln, Zylinder) in Frage. Vorteilhaft ist die Verwendung von Zylinderrollen als Wälzkörper für die Radial- und Axiallagerung von Schneidrollen. Lagerungen mit Zylinderrollen erreichen hohe Lagertragzahlen und besitzen fertigungstechnisch günstig herzustellende Lagerlaufflächen.The radial and the axial bearing of the cutting rollers are designed as rolling bearings with rolling elements. As rolling elements different geometries (for example: balls, tons, cones, needles, cylinders) come into question. The use of cylindrical rollers as rolling elements for the radial and axial bearing of cutting rollers is advantageous. Bearings with cylindrical rollers achieve high bearing yield and have manufacturing technology favorable to produce bearing surfaces.
Die verwendeten Radiallager können mit oder ohne Wälzkörperkäfig ausgeführt werden. Vorteilhaft kann bei der Verwendung von Radialzylinderrollenlagern für Schneidrollen die Verwendung vollrolliger Lager (ohne Wälzkörperkäfig) sein. Eine vollrollige Lagerausführung kann höhere Tragzahlen erreichen als Lager mit Wälzkörperkäfig.The radial bearings used can be designed with or without a rolling element cage. When using radial cylindrical roller bearings for cutting rollers, it may be advantageous to use full complement bearings (without rolling element cage). A full complement bearing design can achieve higher load ratings than bearings with a rolling element cage.
Die verwendeten Radiallager können unterschiedlich viele, parallel angeordnete Wälzkörper-Reihen aufweisen. Vorteilhaft kann die Verwendung von drei parallel angeordneten Wälzkörper-Reihen sein, da die Flankenbelastung der Wälzkörper bei kurzen effektiven Wälzkörperlängen geringer ausfällt. Andererseits kann die Verwendung von zwei Wälzkörper-Reihen Vorteilhaft im Hinblick auf die nutzbare effektive Wälzkörpergesamtlänge sein und damit ggf. die Lagerlebensdauer erhöhen.The radial bearings used may have different numbers of rolling element rows arranged in parallel. Advantageously, the use of three parallel rows of rolling elements be because the flank load of the rolling elements at lower effective Wälzkörperlängen less. On the other hand, the use of two rows of rolling elements can be advantageous in terms of usable total effective Wälzkörperlänge and thus possibly increase the bearing life.
Laufwerkdichtungen werden in der Regel paarweise ausgeführt. Vorteilhaft kann eine Ausführung sein, bei der die Achse als zweite Dichtfläche für die Laufwerkdichtungen genutzt wird. Dadurch kann der für die Dichtung notwendige Bauraum in axialer Richtung verringert werden. Drive seals are usually executed in pairs. An embodiment may be advantageous in which the axle is used as a second sealing surface for the drive seals. As a result, the space required for the seal in the axial direction can be reduced.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Schneidrolle mindestens einen Deckel auf, der als Lagerlauffläche für das Axialzylinderrollenlager dient und gleichzeitig den Sitz für eine Laufwerkdichtungshälfte bildet.In a preferred embodiment variant, the cutting roller has at least one cover which serves as a bearing running surface for the axial cylindrical roller bearing and at the same time forms the seat for a drive seal half.
Aus Fertigungs- und Kostengründen kann es vorteilhaft sein die Schneidrolle, mit zwei schraubbaren Deckeln auszuführen.For manufacturing and cost reasons, it may be advantageous to perform the cutting roller, with two screwable lids.
Die Schneidrolle kann ohne Hülsen ausgeführt werden. Die Verwendung einer Distanzhülse (in
In Abgrenzung zum Stand der Technik werden in der neu entwickelten Schneidrollenlagerung die Lasten über eine neuartige Anordnung von Axial- und Radialzylinderrollenlager aufgenommen. Diese neuartige Lageranordnung vergrößert den nutzbaren Bauraum für die Radialzylinderrollenlager und ermöglicht eine deutliche Steigerung der erzielbaren Lagerlebensdauer gegenüber den bekannten Lageranordnungen.In contrast to the state of the art, the loads are absorbed by a novel arrangement of axial and radial cylindrical roller bearings in the newly developed cutting roller bearing. This novel bearing arrangement increases the usable space for the radial cylindrical roller bearings and allows a significant increase in the achievable bearing life compared to the known bearing assemblies.
Außerdem entfällt die Notwendigkeit die Axialkräfte über die Lageraußenringe wie in
Durch diese Lageranordnung kann die Wahl der Wälzkörperdurchmesser und Teilkreisdurchmesser der Wälzkörpersätze weitgehend unabhängig von der Baugröße der Axialzylinderrollenlager erfolgen.By this bearing arrangement, the choice of the rolling element diameter and pitch circle diameter of Wälzkörpersätze can be largely independent of the size of the axial cylindrical roller bearings.
Durch größere Wälzkörperdurchmesser und Teilkreisdurchmesser der Wälzkörperrollensätze können größere Lagertragzahlen und somit eine verbesserte Lagerlebensdauer der Radialzylinderrollenlager erzielt werden. Dies ergibt sich aus dem Berechnungsansatz für die dynamische Lagertragzahl aus
Beim Prinzip des direkten Kraftflusses besteht darüber hinaus ein deutlich verbesserter Kraftfluss.In addition, with the principle of direct force flow, there is a significantly improved power flow.
Letztlich wird die Stützwirkung der Lageranordnung mit außen liegenden Axialzylinderrollenlagern im Vergleich zur Lageranordnung mit innen liegenden Axialzylinderrollenlagern verbessert.Ultimately, the support effect of the bearing assembly is improved with external Axialzylinderrollenlagern compared to the bearing assembly with internal Axialzylinderrollenlagern.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigtThe invention will be described in more detail below with reference to two exemplary embodiments. It shows
Die in
Seltener werden Schneidrollen mit Zylinderrollenlagern ausgeführt, bei denen die Lasten durch separate Axial- und Radialzylinderrollenlager aufgenommen werden. Die
Die
Die
Das in
Bei der Schneidrolle
Die Schneidrolle
Die Lagerlauffläche des Außenringes der Lager der Radialzylinderrollen
Der Schneidring
Die Schneidrolle
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