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Vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidringanordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine Tunnelbohrmaschine ist eine Aushubvorrichtung, die üblicherweise zum Bohren eines Tunnels durch Boden- und Gesteinsschichten verwendet wird. Bei einer herkömmlichen Tunnelbohrmaschine dreht sich der Bohrkopf und erzeugt eine glatte kreisförmige Tunnelwand. An der axialen Vorderseite des Bohrkopfs, der eine kreisförmige Fläche hat, sind mehrere Schneidringanordnungen angeordnet, die ebenfalls drehbar gelagert sind. Dabei liegen die Drehachsen der Schneidringanordnungen radial zu der Drehachse des Bohrkopfs.
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Beim Bohrvorgang wird der Bohrkopf der Tunnelbohrmaschine mit erheblicher Kraft gegen die Zieloberfläche gedrückt, so dass zumindest einige der Schneidringanordnungen in die Oberfläche eingreifen. Wenn sich der Bohrkopf der Tunnelbohrmaschine dreht, fraktionieren, zerdrücken und/oder lösen die Schneidringe das Bodenmaterial, das dann von der Tunnelbohrmaschine wegtransportiert wird. Wenn das gelöste Material entfernt wird, bohrt die Tunnelbohrmaschine den Tunnel.
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Um die Schneidringanordnung drehbar lagern zu können, ist der Schneidring an einem Gehäuse montiert, das über zwei Wälzlager mit einer Achse verbunden ist. Ein maßgebliches Kriterium für die Lebensdauer der Schneidringanordnung ist die Lebensdauer der zwei Wälzlager, die zur Lagerung des Schneidrings verwendet werden. Die Lebensdauer eines Lagers ist unter anderem von einer definierten Abrollbewegung der Wälzkörper des Lagers abhängig. Allerdings ist es bei der Montage der Lagerung des Schneidrings schwierig zu bestimmen, ob bei der montierten Lagerung eine solche definierte Abrollbewegung der Wälzkörper stattfindet.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schneidringanordnung mit einer verbesserten Lebensdauer bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schneidringanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Im Folgenden wird eine Schneidringanordnung, insbesondere für eine Tunnelbohrmaschine, bereitgestellt. Die Schneidringanordnung umfasst einen Schneidring, eine Achse und eine Lagereinheit. Der Schneidring ist über die Lagereinheit drehbar auf der Achse gelagert, wobei die Lagereinheit einen rotierenden Außenring, einen feststehenden Innenring und zumindest zwei voneinander beabstandete Wälzkörperreihen mit mehreren Wälzkörpern aufweist. Die Wälzkörperreihen rollen auf zugehörigen Innen- und Außenlaufbahnen ab, die an dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, wobei die Lagereinheit mittels eines Vorspanelements vorspannbar ist. Bevorzugt sind die Wälzkörper Kegelrollen. Kegelrollen sind insbesondere dazu geeignet, sowohl hohe axiale als auch radiale Lasten aufzunehmen.
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Um eine definierte Abrollbewegung der Wälzkörper der Lagereinheit in einem montierten Zustand zu ermöglichen und dadurch die Lebensdauer der Lagereinheit zu erhöhen, weist der Innenring oder der Außenring einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf, wobei der erste und der zweite Teil jeweils eine verlängerte Schulter haben, die sich in der axialen Richtung erstrecken. Dabei liegen die verlängerten Schultern einander gegenüber, wobei die verlängerten Schultern des ersten und des zweiten Teils in einem montierten Zustand aneinander anliegen. Dadurch kann insbesondere eine definierte Abrollbewegung der Wälzkörper auf den Laufbahnen erreicht werden, da der Abstand der beiden Wälzkörperreihen der Lagereinheit durch die verlängerten Schultern und damit die Anordnung der Wälzkörper auf den Laufbahnen definiert ist.
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Die verlängerten Schultern können integral mit den Ringteilen ausgebildet sein. Der durch die verlängerten Schultern erreichte definierte Abstand der Ringteile zueinander, ist insbesondere bei Kegelrollen wichtig, bei denen ein Verschränken der Wälzkörper auf der Laufbahn oder eine Rutschbewegung auf den Laufbahnen, aufgrund einer nicht optimierten Anordnung von Lagerringen und Wälzkörpern zueinander unbedingt vermieden werden muss. Gleichzeitig sollte auch sichergestellt werden, dass die Vorspannung auf die Wälzkörper nicht überhöht ist, da dadurch eine zu hohe Last induziert wird, was ebenfalls zu einer verkürzten Gebrauchsdauer führen kann.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist, insbesondere bei der Verwendung von Kegelrollenlagern, die Lagereinheit vorgespannt, wobei die verlängerten Schultern in dem vorgespannten Zustand aneinander anliegen und damit ermöglichen, dass eine festgelegte Vorspannung in der Lagereinheit erreicht wird. Dadurch kann eine noch bessere, definierte Bewegung der Wälzkörper, sowie eine Verlängerung der Lebensdauer der Lagereinheit erreicht werden.
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Um diese Vorspannung bereitzustellen, kann die Lagereinheit mittels eines Vorspannelements vorgespannt sein, wobei, wie erwähnt die verlängerten Schultern des ersten und des zweiten Teils in einem vorgespannten Zustand aneinander anliegen. Als Vorspannelement kann beispielsweise ein Spannring oder eine Wellenmutter vorgesehen sein.
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Besonders bevorzugt ist, dass die Lagereinheit als vormontierte Lagereinheit ausgebildet sein kann. Dadurch kann die Lagereinheit einfach in ein Gehäuse, das den Schneidring trägt, eingesetzt werden. Dies erleichtert die Austauschbarkeit der Lagereinheit auch unter harschen Umweltbedingungen, wie beispielsweise Dreck und Staub.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Innenring und der Außenring zweiteilig ausgebildet. Alternativ kann auch ein Ausführungsbeispiel bevorzugt sein, bei dem der Ring, der nicht die verlängerten Schultern aufweist, einteilig ausgebildet ist, so dass die Lagereinheit einen einteiligen Ring und einen zweiteiligen Ring aufweist. Das Vorsehen eines einteiligen Rings kann die Stabilität der Lagereinheit erhöhen. Darüber hinaus ermöglicht dies, das einfache Austauschen der Lagereinheit als vormontierte Lagereinheit.
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Bevorzugt ist der feststehende Innenring zweiteilig ausgebildet und weist die verlängerte Schulter bzw. das Distanzstück auf.
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Wie oben erwähnt, ist vorteilhafterweise die Lagereinheit in einem Gehäuse angeordnet und der Schneidring radial außen an dem Gehäuse befestigt. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Schneidring und das Gehäuse zweitteilig ausgebildet sind, wobei der Schneidring lösbar an dem Gehäuse befestigt ist. Da der Schneidring neben der Lagereinheit ein weiteres Verschleißteil der Schneidringanordnung ist, kann durch die lösbare Befestigung des Schneidrings an der Außenseite des Gehäuses der Schneidring einfach gelöst und ausgetauscht werden. Bevorzugt ist der Schneidring mit einem Haltering gesichert.
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Das Gehäuse selbst kann einen Gehäusering, der insbesondere den Schneidring trägt, eine Endkappe und eine Verschlusskappe aufweisen, wobei die Endkappe und/oder die Verschlusskappe dazu eingerichtet sein kann, das Gehäuse abzudichten. Dadurch kann ein Eindringen von äußeren Verunreinigungen, wie zum Beispiel Gestein, Erde, Schlamm etc., in das Gehäuse und damit in Richtung der Lagereinheit verhindert werden.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Endkappe und dem Gehäusering und/oder zwischen dem Gehäusering und der Verschlusskappe eine Dichtvorrichtung, bevorzugt eine dynamische Dichtung, wie beispielsweise eine Gleitringdichtung, vorgesehen. Gleitringdichtungen sind dynamische Dichtungen, die eine rotierende Komponente, in diesem Fall den Gehäusering, gegenüber einer feststehenden Komponente, in diesem Fall die Endkappe und/oder Verschlusskappe abdichten. Dadurch kann ein Eindringen von äußeren Verunreinigungen, wie zum Beispiel Gestein, Erde, Schlamm etc., in die Lagereinheit effizienter verhindert werden, wodurch ihre Lebensdauer weiter erhöht wird. Selbstverständlich sind auch andere Dichtungsvorrichtungen einsetzbar.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse an der Achse mit einer Wellenmutter gesichert, wobei die Wellenmutter vorzugsweise gleichzeitig als Vorspannelement ausgebildet ist. Dadurch kann mit einem einzigen Element, in diesem Fall die Wellenmutter sowohl das Gehäuse auf der Welle befestigt als auch eine Vorspannung der Lagereinheit erreicht werden. Selbstverständlich kann aber die Vorspannung und die Sicherung des Gehäuses auch durch separate Elemente erreicht werden.
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Alternativ oder zusätzlich weist die Lagereinheit weiterhin eine erste und vorzugsweise eine zweite Dichtungsanordnung auf, die den Lagerinnenraum zusätzlich abdichtet. Die Dichtungsanordnung ist vorzugsweise Teil der vormontierten Lagereinheit und wird zusammen mit der Lagereinheit auf der Welle bzw. in dem Gehäuse angeordnet. Die Dichtungsanordnung ist bevorzugt an zumindest einer axialen Außenseite der Lagereinheit zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet. Dadurch kann die Lagereinheit noch besser vor Verunreinigungen geschützt werden, was zudem die Lebensdauer der Lagereinheit weiter erhöht.
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Bevorzugt können an beiden axialen Außenseiten der Lagereinheit Dichtungsanordnung vorgesehen sein. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dichtungsanordnung als eine Kassettendichtung ausgebildet. Die Kassettendichtung kann als eigenständige Einheit während des Einbaus der Lagereinheit in das Gehäuse bzw. auf die Welle montiert werden, sie kann aber auch als Teil der vormontierten Lagereinheit vorhanden sein.
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Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betriff eine Tunnelbohrmaschine mit zumindest einer Schneidringanordnung, wie voranstehend beschrieben.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
- 1: eine Querschnittsansicht durch eine Schneidringanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform, und
- 2: eine Querschnittansicht durch eine Schneidringanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Schneidringanordnung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Schneidringanordnung 1 umfasst einen Schneidring 2, der dazu ausgelegt ist, in eine Oberfläche einzugreifen, um beispielsweise einen Tunnel zu bohren. Der Schneidring 2 ist radial außen an einem Gehäuse 4 als getrenntes Element lösbar angebracht und über einen Haltering 6 gesichert. Dabei erstreckt sich der Schneidring 2 umfänglich um das Gehäuse 4 herum. Durch die zweiteilige Ausgestaltung von Gehäuse 4 und Schneidring 2 und die lösbare Anbringung des Schneidrings 2 an dem Gehäuse 4 wird eine einfache Austauschbarkeit des Schneidrings 2 erreicht.
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Das Gehäuse 4 weist einen Gehäusering 8 auf, der konzentrisch zu einer Achse 10 anordnet ist. Zwischen dem Gehäusering 8 und der Achse 10 ist eine Lagereinheit 12 angeordnet, die eine Rotation des Schneidrings 2 zusammen mit dem Gehäusering 8 ermöglicht.
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Die Lagereinheit 12 umfasst einen rotierenden, zweiteiligen Außenring 14-1, 14-2, einen feststehenden Innenring mit einem ersten Teil 16-1 und einem zweiten Teil 16-2 und zumindest zwei voneinander beabstandete Wälzkörperreihen mit jeweiligen Wälzkörpern 18-1, 18-2, wobei die Wälzkörper 18-1, 18-2 Kegelrollen sind. Die Wälzkörper 18-1, 18-2 rollen auf zugehörigen Innen- und Außenlaufbahnen ab, die an dem Innenring 16-1, 16-2 und dem Außenring 14-1, 14-2 angeordnet sind. Ferner umfasst der Gehäusering 8 der 1 einen Anschlag 32 an dem die Außenringteile 14-1, 14-2 in einem montierten Zustand anliegen.
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Der erste Teil 16-1 und der zweite Teil 16-2 des Innenrings 16 haben jeweils eine verlängerte Schulter 20-1, 20-2, die sich in der axialen Richtung erstrecken. Die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 sind integral mit den Ringteilen 16-1, 16-2 des Innenrings 16 gebildet. Alternativ können die verlängerten Schultern auch als ein von den Ringteilen 16-1, 16-2 separates Distanzstück gebildet sein, das separat zwischen die Ringteile 16-1, 16-2 eingesetzt ist, und die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 bildet.
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Bei der in der 1 gezeigten Schneidringanordnung 1 liegen die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 einander gegenüber, so dass sie in einem montierten Zustand aneinander anliegen. Das heißt, im montierten Zustand liegen die Außenringteile 14-1, 14-2 am Anschlag 32 des Gehäuserings 8 an und die verlängerten Schulter 20-1, 20-2 der Innenringteile 16-1, 16-2 liegen aneinander an. Dadurch kann eine definierte Lage der Außen- und Innenringteile 14-1, 14-2, 16-1, 16-2 im montierten Zustand erreicht werden, wodurch auch eine definierte Abrollbewegung der Wälzkörperreihen 18-1, 18-2 auf den Laufbahnen erreicht wird, da der Abstand der beiden Wälzkörperreihen 18-1, 18-2 der Lagereinheit 12 durch die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 und damit die Anordnung der Wälzkörper 18-1, 18-2 auf den Laufbahnen definiert ist.
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Die Lagereinheit 12 ist als vormontierte Lagereinheit ausgebildet, so dass sie einfach in das Gehäuse 4, das den Schneidring 2 trägt, einsetzbar ist. Dies erleichtert die Austauschbarkeit der Lagereinheit 12 auch unter harschen Umweltbedingungen, wie beispielsweise Dreck und Staub.
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Das Gehäuse 4 weist ferner eine Endkappe 22 und eine Verschlusskappe 24 auf, dabei sind sowohl die Endkappe 22 als auch die Verschlusskappe 24 mit der bestehenden Achse 10 verbunden. Insbesondere kann bei einer Montage der Schneidringanordnung 1 zunächst die Endkappe 22 auf die Achse 10 geschoben werden, anschließend wird die vormontierte Lagereinheit 12 und der Gehäusering 8 und schließlich die Verschlusskappe 24 auf die Achse 10 geschoben.
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Das aus Endkappe 22, Gehäusering 8 und Verschlusskappe zusammengesetzte Gehäuse 4 wird an der Achse 10 mit einer Wellenmutter 28 gesichert, die gleichzeitig auch als Vorspannelement dient, um die Lagereinheit 12 vorzuspannen. Im vorgespannten Zustand liegen die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 aneinander an und ermöglichen damit, eine festgelegte Vorspannung in der Lagereinheit 12 zu erreichen, wodurch eine noch bessere, definierte Bewegung der Wälzkörper 18-1, 18-2, sowie eine Verlängerung der Lebensdauer der Lagereinheit 12 erreicht werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Spannring als Vorspannelement vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein solcher Spannring die beiden verlängerten Schultern 20-1, 20-2 der Innenringteile 16-1, 16-2 verbinden.
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Wird das Gehäuse 4 mit der Wellenmutter 28 gesichert, wobei gleichzeitig die Lagereinheit 12 vorgespannt wird, wird ein Kraftfluss von der Wellenmutter 28 in der Lagereinheit 12 aufgebaut, der von dem Innenringteil 16-1, über die Wälzkörper 18-1, den Außenringteil 14-1, den Anschlag 32 des Gehäuserings 8, den Außenringteil 14-2, die Wälzkörper 18-2 zu dem Innenringteil 16-2 und über die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 wieder zurück zu dem Innenringteil 16-1 läuft. Sobald die Lagereinheit eingefedert ist, wird ein definierter vorgespannter Zustand erreicht, bei dem alle voranstehend beschriebenen Elemente entsprechend aneinander anliegen. Dadurch werden die Wälzkörperreihen 18-1, 18-2 freigegeben, wodurch eine definierte Abrollbewegung der Wälzkörperreihen 18-1, 18-2 ermöglicht wird, da der Abstand der beiden Wälzkörperreihen 18-1, 18-2 der Lagereinheit 12 durch die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 und damit die Anordnung der Wälzkörper 18-1, 18-2 auf den Laufbahnen definiert ist.
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Um ein Eindringen von äußeren Verunreinigungen in die Lagereinheit 12 zu verhindern, ist jeweils eine Dichtvorrichtung 26 zwischen der Endkappe 22 und dem Gehäusering 8 und zwischen dem Gehäusering 8 und der Verschlusskappe 24 vorgesehen. Die Dichtvorrichtung 26 ist bevorzugt eine dynamische Dichtvorrichtung, wie beispielsweise eine Gleitringdichtung. Zusätzlich zu den Gleitringdichtungen 26 sind weitere Dichtungen 30 an den axialen Außenseiten der Lagereinheit 12 vorgesehen. Insbesondere können die Dichtungen 30 als Kassettendichtungen ausgebildet sein. Vorteilhafterweise sind die Dichtungen 30 bereits in der vormontierten Lagereinheit 12 vorgesehen.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Schneidringanordnung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Schneidringanordnung 1 der 2 unterscheidet sich von der Schneidringanordnung 1 der 1 darin, dass der Außenring 14 als einteiliger Ring ausgebildet ist. Da der Außenring 14 einteilig ausgestaltet ist, kann auf einen Anschlag 32 für die Außenringteile, wie in der 1 gezeigt ist, verzichtet werden. Wie in der 2 gesehen werden kann, ist der Ring der Lagereinheit 12, der nicht die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 aufweist, einteilig ausgebildet. Das Vorsehen eines einteiligen Rings kann die Stabilität der Lagereinheit 12 erhöhen.
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Im Fall der Schneidringanordnung 1 der 2 verläuft der Kraftfluss beim Vorspannen der Lagereinheit 12 von dem Innenringteil 16-1, über die Wälzkörper 18-1, den Außenringteil 14, die Wälzkörper 18-2 zu dem Innenringteil 16-2 und über die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 wieder zurück zu dem Innenringteil 16-1. Sobald die Lagereinheit eingefedert ist, wird ein definierte vorgespannter Zustand erreicht, bei dem alle voranstehend beschriebenen Elemente entsprechend aneinander anliegen. Dadurch werden die Wälzkörperreihen 18-1, 18-2 freigegeben, wodurch eine definierte Abrollbewegung der Wälzkörperreihen 18-1, 18-2 ermöglicht wird, da der Abstand der beiden Wälzkörperreihen 18-1, 18-2 der Lagereinheit 12 durch die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 und damit die Anordnung der Wälzkörper 18-1, 18-2 auf den Laufbahnen definiert ist.
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Zusammenfassend weist der Innenring 16-1, 16-2 oder der Außenring 14-1, 14-2 einen ersten Teil und einen zweiten Teil mit jeweils einer verlängerten Schulter 20-1, 20-2 auf, die sich in der axialen Richtung erstrecken, und einander gegenüberliegen, so dass die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 des ersten und des zweiten Teils 14-1, 16-1, 14-2, 16-2 im vorgespannten Zustand aneinander anliegen. Dadurch kann eine definierte Vorspannung der Lagereinheit 12 erreicht werden, da der Abstand der beiden Wälzkörperreihen 18-1, 18-2 der Lagereinheit 12 durch die verlängerten Schultern 20-1, 20-2 definiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schneidringanordnung
- 2
- Schneidring
- 4
- Gehäuse
- 6
- Haltering
- 8
- Gehäusering
- 10
- Achse
- 12
- Lagereinheit
- 14, 14-1, 14-2
- Außenring
- 16-1, 16-2
- Innenring
- 18-1, 18-2
- Wälzkörperreihe
- 20-1, 20-2
- verlängerte Schulter
- 22
- Endkappe
- 24
- Verschlusskappe
- 26
- Gleitringdichtung
- 28
- Wellenmutter
- 30
- Dichtung
- 32
- Anschlag