DE112019006525T5

DE112019006525T5 - Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine

Info

Publication number: DE112019006525T5
Application number: DE112019006525.4T
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-10-12
Filing date: 2019-10-12
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2039-10-13
Also published as: DE112019006525B4; DE212019000415U1; US20220228631A1; WO2021068236A1

Abstract

Aus der vorliegenden Erfindung ist eine Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine bekannt, die ein aktives Ende und ein passives Ende umfasst, die axial aufeinander aufgesetzt sind, wobei zwischen dem aktiven Ende und dem passiven Ende ein Verbindungsteil mit konstantem Drehmoment vorgesehen ist, wobei ein inneres Keilloch des aktiven Endes axial auf einer hohlen Keilwelle eines Motors aufgesetzt ist, wobei ein Hinterabschnitt des passiven Endes axial fest mit einem hochdämpfenden Gummiring verbunden ist, wobei der hochdämpfende Gummiring außerhalb einer inneren Keilhülse gewickelt ist und durch ein Verbindungsteil fest mit ihr verbunden ist, wobei eine Keilwelle eines Untersetzungsgetriebes nach ihrem Durchdringen der hohlen Keilwelle in die innere Keilhülse eingeführt ist, um mit einem Keil der inneren Keilhülse verbunden zu werden. Dieses Design reduziert hauptsächlich dadurch, dass der momentane Drehmomentimpuls abschirmt ist, die Überlastfreisetzungsrate erheblich, wodurch die Mängel im bestehenden Design behoben sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung gehört zum technischen Gebiet der Schildmaschinenkonstruktion und betrifft insbesondere eine Drehmomentbegrenzungskupplung, die eine Auskuppelung oder eine Einkupplung der Kraftübertragung realisieren kann.
STAND DER TECHNIK
Gegenwärtig sind während eines Tunnelprozesses der allgemein bekannten Schildmaschine die Arten von Lasten aufgrund der Vielfältigkeit der Schicht vielfältig, wobei das Drehmoment stark schwankt. Die Leistung der elektrisch angetriebenen Schildmaschine wird vom Motor auf das Untersetzungsgetriebe übertragen, und dazwischen ist eine Überlastkupplung zusätzlich angeordnet. Wenn das Drehmoment die Last der Vorrichtung momentan überschreitet, wird die Kupplung rechtzeitig ausgekuppelt, d.h. werden das aktive und passive Ende voneinander getrennt, wodurch Schäden an Komponenten wie Motoren und Untersetzungsgetrieben wirksam vermieden werden. Im Drehmomentübertragungsstruktursystem wird eine rein starre Struktur verwendet, wobei solche häufigen Drehmomentimpulssprünge dazu führen würden, dass die Überlastkupplung häufig ausgekuppelt wird, was die Tunneleffizienz der Schildmaschine stark beeinträchtigt.
Das Grundprinzip ist wie in 1 und 2 dargestellt. Im Normalzustand, nämlich in einem Eingriffszustand, gleitet die Stahlkugel im Moment der Überlastung aus der Nut, wobei das Restdrehmoment vollständig Null beträgt, wobei die aktiven und passiven Enden voneinander getrennt sind und nicht automatisch zurückgesetzt werden können. Selbst wenn es bei einem langfristigen Betrieb handelt, ist der Leerlauf durchgeführt, was Hochgeschwindigkeitsanlässe geeignet ist.
Die im „Stand der Technik“ offenbarten Informationen sollen nur das Verständnis des Gesamthintergrunds der vorliegenden Erfindung verbessern und sollten nicht als Bestätigung davon oder irgendeine Form von Hinweisen darauf angesehen werden, dass diese Informationen den Stand der Technik darstellen, der dem Durchschnittsfachmann bekannt ist.
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine bereitzustellen, um die obigen Mängel im Stand der Technik zu beheben.
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine bereit, die ein aktives Ende und ein passives Ende umfasst, die axial aufeinander aufgesetzt sind, wobei zwischen dem aktiven Ende und dem passiven Ende ein Verbindungsteil mit konstantem Drehmoment vorgesehen ist,
wobei ein inneres Keilloch des aktiven Endes axial auf einer hohlen Keilwelle eines Motors aufgesetzt ist,
wobei ein Hinterabschnitt des passiven Endes axial fest mit einem hochdämpfenden Gummiring verbunden ist, wobei der hochdämpfende Gummiring außerhalb einer inneren Keilhülse gewickelt ist und durch ein Verbindungsteil fest mit ihr verbunden ist,
wobei eine Keilwelle eines Untersetzungsgetriebes nach ihrem Durchdringen der hohlen Keilwelle in die innere Keilhülse eingeführt ist, um mit einem Keil der inneren Keilhülse verbunden zu werden.
Während des Tunnelprozesses der Schildmaschine sind die Arten von Lasten unterschiedlich, wobei insbesondere in den sandigen weichen Gesteinsformationen oder anderen komplexen Gesteinsformationen die Arten von Lasten die Eigenschaften des Impulsspringens annehmen. Darüber hinaus weisen die meisten dieser Drehmomentimpulse ein hohes Drehmoment auf und treten sie kurzzeitig auf. Unter Verwendung einer rein starren Struktur führen solche häufigen Drehmomentimpulssprünge dazu, dass die Überlastkupplung häufig ausgekuppelt wird, was die Tunneleffizienz der Schildmaschine stark beeinträchtigt. Beim vorliegenden Design wird in dem herkömmlichen starren Drehmomentübertragungssystem ein elastischer Naturkautschuk-Elastomer mit Dämpfungsfunktion hinzugefügt. Dieser Elastomer hat eine starke Dämpfungsfunktion und eine Vibrationsabsorptionsfunktion, wobei durch seine Dämpfungswirkung der Lastdrehmomentimpuls gefiltert werden kann, wodurch der größte Teil des momentanen Impulsdrehmoments, das häufig zum Auskuppeln führen kann, abgeschirmt wird, so dass die Überlastfreisetzungsrate der Kupplung erheblich verringert ist.
Vorzugsweise ist in den obigen technischen Ausgestaltungen vorgesehen, dass ein radialer Ringkörper des hochdämpfenden Gummirings auf einen Außenring der inneren Keilhülse aufgesetzt ist und dazwischen ein punktförmiges Befestigungselement vorgesehen ist, wobei ein axialer Ringkörper des hochdämpfenden Gummirings an einem Ende einer Überlastkupplung anliegt und dazwischen ein punktförmiges Befestigungselement vorgesehen ist. Da die Leistung der Schildmaschine sehr groß ist, muss die Schildmaschine während des Absorbierens von Energie fixiert werden, um sicherzustellen, dass kein Fehler auftritt.
Vorzugsweise ist in den obigen technischen Ausgestaltungen vorgesehen, dass das innere Keilloch des aktiven Endes axial auf der hohlen Keilwelle des Motors aufgesetzt ist, wobei das innere Keilloch und die hohle Keilwelle axial durch einen Flansch und eine Außensechskantschraube begrenzt sind.
Vorzugsweise ist in den obigen technischen Ausgestaltungen vorgesehen, dass die Keilwelle des Untersetzungsgetriebes in die innere Keilhülse eingeführt ist und damit verbunden ist, wobei ein Wellenende der Keilwelle des Untersetzungsgetriebes axial durch einen Wellenendanschlag und eine Innensechskantschraube begrenzt ist.
Vorzugsweise ist in den obigen technischen Ausgestaltungen vorgesehen, dass das Verbindungsteil mit konstantem Drehmoment eine elastische Ausstoßnadel oder eine elastische Stahlkugel ist.
Vorzugsweise ist in den obigen technischen Ausgestaltungen vorgesehen, dass die technischen Parameter des hochdämpfenden Gummirings Folgendes erfüllen müssen: eine Härte von 40 ShA bis 60 ShA, eine zulässige Dämpfungsleistung (W) (bei 60 °C) von 80 bis160, und einen relativen Dämpfungskoeffizienten von 0,6 bis 1,2.
Vorzugsweise ist in den obigen technischen Ausgestaltungen vorgesehen, dass der hochdämpfende Gummiring aus NR-Naturkautschuk besteht.
Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung die folgenden vorteilhaften Wirkungen:

Die Überlastfreisetzungsrate wird erheblich reduziert, indem der momentane Drehmomentimpuls abschirmt ist, wodurch die Mängel im bestehenden Design behoben sind.

Figurenliste

1 zeigt eine schematische Ansicht einer gewöhnlichen Kupplung in einem Normalzustand;
2 zeigt eine schematische Ansicht einer gewöhnlichen Kupplung in einem Überlastzustand;
3 zeigt eine schematische Installationsansicht der Drehmomentbegrenzungskupplung der vorliegenden Erfindung an einer Schildmaschine; und
4 zeigt ein statistisches Diagramm der Überlastfreisetzungsraten vor und nach der Verwendung der Drehmomentbegrenzungskupplung der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden die spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist.
Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, ist unter dem Begriff „umfassen“ oder seinen Transformationen wie „enthalten“ oder „aufweisen“ usw. in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen verstanden werden, dass die angegebenen Elemente oder Komponenten einbezogen sind, und andere Elemente oder Komponenten jedoch nicht ausgeschlossen sind.
Wie in 3 gezeigt, sind bei der vorliegenden Erfindung die Motorwelle der Schildmaschine und die Welle des Untersetzungsgetriebes hauptsächlich durch neuen Teile miteinander verbunden. Die Kupplung umfasst ein aktives Ende und ein passives Ende, die axial aufeinander aufgesetzt sind (was in Verbindung mit 1 oder 2 verstanden werden kann), wobei zwischen dem aktiven Ende und dem passiven Ende ein Verbindungsteil mit konstantem Drehmoment vorgesehen ist, wobei das Verbindungsteil mit konstantem Drehmoment eine elastische Ausstoßnadel oder eine elastische Stahlkugel ist.
Das innere Keilloch des aktiven Endes ist axial auf der hohlen Keilwelle des Motors aufgesetzt, wobei das innere Keilloch und die hohle Keilwelle axial durch einen Flansch 1 und eine Außensechskantschraube 2 begrenzt sind.
Ein Hinterabschnitt des passiven Endes ist axial fest mit einem hochdämpfenden Gummiring 4 verbunden, wobei der hochdämpfende Gummiring 4 außerhalb einer inneren Keilhülse gewickelt ist und durch ein Verbindungsteil fest mit ihr verbunden ist, wobei ein radialer Ringkörper des hochdämpfenden Gummirings 4 auf einen Außenring der inneren Keilhülse 9 aufgesetzt ist und dazwischen ein punktförmiges Befestigungselement vorgesehen ist, wobei ein axialer Ringkörper des hochdämpfenden Gummirings 4 an einem Ende einer Überlastkupplung 3 anliegt und dazwischen ein punktförmiges Befestigungselement vorgesehen ist.
Nachdem die Keilwelle des Untersetzungsgetriebes die hohle Keilwelle durchdrang, ist die Keilwelle des Untersetzungsgetriebes in die innere Keilhülse 9 eingeführt und damit verbunden, wobei ein Wellenende der Keilwelle des Untersetzungsgetriebes axial durch einen Wellenendanschlag 8 und eine Innensechskantschraube 7 begrenzt ist.
Einfach ausgedrückt, sind das innere Keilloch der Überlastkupplung 3 und die Motorwelle durch einen Keil verbunden, wobei der Flansch 1 und die Außensechskantschraube 2 zur axialen Begrenzung dienen, wobei die Verbindung des hochdämpfenden Gummielastomers 4 durch die Innensechskantschraube 6 und die innere Keilhülse 9 realisiert ist, wonach diese Baugruppe in die Überlastkupplung 3 eingeführt ist und durch die Innensechskantschraube 6 mit der Überlastkupplung 3 verbunden ist, wonach die Keilwelle des Untersetzungsgetriebes durch die hohle Keilwelle des Motors geführt ist und in die innere Keilhülse 9 eingesetzt ist, wobei das Wellenende axial durch den Wellenendanschlag 8 und die Innensechskantschraube 7 begrenzt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Überlastkupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine wird die Triebkraft von der hohlen Keilwelle des Motors über die Überlastkupplung 3, den hochdämpfenden Gummielastomer 4, die innere Keilhülse 9 und die Keilwelle des Untersetzungsgetriebes nacheinander übertragen. Bei dieser Überlastkupplung sind gleichmäßig um die Kupplung mehrere Präzisions-Ausstoßnadeln verteilt, die das aktive Getriebe vom passiven Getriebe im Moment der Überlastung vollständig auskuppeln können (dabei beträgt das Restdrehmoment Null), wobei die Reaktionszeit etwa 5 Millisekunden beträgt.
Die einzelnen Ausstoßnadeln springen nach hinten heraus. Nach dem Beseitigen der Überlastung werden im ausgeschalteten Zustand die beiden Markierungslinien auf das aktive und das passive Ende miteinander ausgerichtet, wobei die Kraft auf die Ausstoßnadeln mit einem Kunststoffhammer oder -hebel ausgeübt ist, wodurch die Ausstoßnadeln zurückgesetzt werden können.
Der Sollwert für das Auskupplungsdrehmoment kann auch innerhalb eines bestimmten Bereichs stufenlos eingestellt werden.
Einige Parameter des NR-Naturkautschukelastomers sind:

Härte: 40ShA bis 60ShA,
zulässige Dämpfungsleistung (W) (bei 60 °C): 80 bis 160,
relativer Dämpfungskoeffizient: 0,6 bis 1,2.

Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung, wie in 4 gezeigt, wird der Drehmomentschwankungsbereich von etwa 0 bis 16000 Nm auf etwa 1000 bis 5500 Nm verringert, was eine erhebliche Reduzierung darstellt, wobei offensichtlich ist, dass die Schwankungskurve ebenfalls tendenziell flach wird.
Die vorstehende Beschreibung spezifischer beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dient dem Zweck der Veranschaulichung und Illustration. Diese Beschreibung soll die vorliegende Erfindung nicht auf die genaue offenbarte Form beschränken. Und es ist offensichtlich, dass viele Änderungen und Variationen basierend auf den obigen Lehren vorgenommen werden können. Der Zweck der Auswahl und Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen besteht darin, die spezifischen Prinzipien der vorliegenden Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, so dass der Fachmann verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und verschiedene Auswahl sowie Änderungen ausführen und verwenden kann. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll durch die Ansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Flansch
2: Markierungslinie
3: Überlastkupplung
4: hochdämpfender Gummiring
5: Innensechskantschraube
6: Innensechskantschraube
7: Innensechskantschraube
8: Wellenendanschlag
9: innere Keilhülse

Claims

Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine, umfassend ein aktives Ende und ein passives Ende, die axial aufeinander aufgesetzt sind, wobei zwischen dem aktiven Ende und dem passiven Ende ein Verbindungsteil mit konstantem Drehmoment vorgesehen ist, wobei ein inneres Keilloch des aktiven Endes axial auf einer hohlen Keilwelle eines Motors aufgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hinterabschnitt des passiven Endes axial fest mit einem hochdämpfenden Gummiring (4) verbunden ist, wobei der hochdämpfende Gummiring (4) außerhalb einer inneren Keilhülse (9) gewickelt ist und durch ein Verbindungsteil fest mit ihr verbunden ist, wobei eine Keilwelle eines Untersetzungsgetriebes nach ihrem Durchdringen der hohlen Keilwelle in die innere Keilhülse (9) eingeführt ist, um mit einem Keil der inneren Keilhülse verbunden zu werden.
Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein radialer Ringkörper des hochdämpfenden Gummirings (4) auf einen Außenring der inneren Keilhülse (9) aufgesetzt ist und dazwischen ein punktförmiges Befestigungselement vorgesehen ist, wobei ein axialer Ringkörper des hochdämpfenden Gummirings (4) an einem Ende einer Überlastkupplung (3) anliegt und dazwischen ein punktförmiges Befestigungselement vorgesehen ist.
Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Keilloch des aktiven Endes axial auf der hohlen Keilwelle des Motors aufgesetzt ist, wobei das innere Keilloch und die hohle Keilwelle axial durch einen Flansch (1) und eine Außensechskantschraube (2) begrenzt sind.
Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilwelle des Untersetzungsgetriebes in die innere Keilhülse (9) eingeführt ist und damit verbunden ist, wobei ein Wellenende der Keilwelle des Untersetzungsgetriebes axial durch einen Wellenendanschlag (8) und eine Innensechskantschraube (7) begrenzt ist.
Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil mit konstantem Drehmoment eine elastische Ausstoßnadel oder eine elastische Stahlkugel ist.
Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, die technischen Parameter des hochdämpfenden Gummirings (4) Folgendes erfüllen müssen: eine Härte von 40 ShA bis 60 ShA, eine zulässige Dämpfungsleistung (W) (bei 60 °C) von 80 bis 160, und einen relativen Dämpfungskoeffizienten von 0,6 bis 1,2.
Drehmomentbegrenzungskupplung für eine vibrationsdämpfende Schildmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hochdämpfende Gummiring (4) aus NR-Naturkautschuk besteht.