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Vorrichtung zur Kurvensteuerung einer ins Bohrloch einfahrenden Tunnelbohrmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kurvensteuerung einer ins Bohrloch einfahrenden
Tunnelbohrmaschine, der mindestens eine gegen die Tunnelwandung verspannbare Abstützung
zugeordnet ist.
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Es ist bekannt, zur Steuerung von ins Bohrloch einfahrenden Tunnelbohrmaschinen
den hinteren Teil der Maschine zu schwenken. Eine zu fahrende Kurve mit einem bestimmten
Radius wird dabei meistens durch einen Polygonzug ersetzt. Es werden also immer
kurze gerade Strecken gebohrt. Nach jedem Vorhub der Maschine ist eine neue Einstellung,
also ein erneutes Schwenken, erforderlich. Dieses Schwenken kann nur durchgeführt
werden, wenn der Bohrkopf etwas zurückgezogen wird. Beim erneuten Anbohren schneidet
dieser nur einseitig, wodurch die Maschine stark belastet wird.
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Es ist ferner bekannt, während des Bohrens laufend zu steuern, so
daß angenähert eine Kurve von bestimmtem Radius erreicht wird. Die hintere Abstützung
für eine derartige Steuerung ist jedoch kompliziert in ihrer konstruktiven Ausbildung.
Ferner ist damit ein genaues Bohren auf einer Kurve von vorgeschriebenem Radius
in der Praxis schwerlich durchführbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kurvensteuerung
einer ins Bohrloch einfahrenden Tunnelbohrmaschine, der mindestens eine gegen die
Tunnelwandung verspannbare Abstützung zugeordnet ist, zu schaffen, die es gestattet,
jeweils mittels nur einer einmaligen Einstellung Kurven von bestimmtem, vorgegebenem
Radius in jeder beliebigen Richtung zu fahren.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Vorrichtung
eine mit dem hinteren Ende der Tunnelbohrmaschine über eine Gelenkkupplung, insbesondere
eine Wälzgelenkkupplung, verbundene, gegenüber der Maschine in einer wählbaren Winkellage
arretierbare Führungsbahn und eine Schubhalterung für die Führungsbahn aufweist,
welche über ein Gelenk, insbesondere ein Wälzgelenk, mit der gegen die Tunnelwandung
verspannten Abstützung verbunden ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es vorteilhaft, der
Tunnelbohrmaschine eine weitere Schubhalterung zuzuordnen, die gelenkig mit einer
vorderen, im Bereich des Bohrkopfes vorgesehenen, gegen die Tunnelwandung verspannbaren
Abstützung verbunden ist.
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Weiter ist es zweckmäßig, einen in Achsrichtung der Tunnelbohrmaschine
nach hinten weisenden, an dem mit der Tunnelbohrmaschine verbundenen Teil der Gelenkkupplung
für die Führungsbahn angeordneten Zeiger und eine diesem Zeiger zugeordnete, am
hinteren Ende der Führungsbahn angebrachte Richtungsanzeigescheibe vorzusehen. Der
Zeiger gibt auf der Scheibe unmittelbar die Richtung der Kurvenfahrt und den Radius
der zu fahrenden Kurve an.
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An Hand der Zeichnung ist die Erfindung näher erläutert. In dieser
zeigt F i g. 1 in der Draufsicht eine ins Bohrloch einfahrende Tunnelbohrmaschine
mit einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Kurvensteuern, F i g. 2 aus F i g.
1 in vergrößerter Darstellung die in der hinteren Abstützung gelenkig gehaltene
Schubhalterung mit der in ihr geführten Führungsbahn, F i g. 3 die Richtungsanzeigescheibe
und F i g. 4 die Bahn, auf der sich der Bohrkopf während einer Kurvenfahrt bewegt.
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Nach F i g. 1 weist die Tunnelbohrmaschine den Antriebskörper 1 und
den Bohrkopf 2 auf, der über die vom Wellengehäuse 3 aufgenommene Antriebswelle
4 angetrieben wird. Dem Vorschub der Maschine dient ein Schreitwerk, das gewährleistet,
daß die Tunnelbohrmaschine beim Nachziehen des Schreitwerks ihre jeweilige Lage
beibehält, so daß umständliches Zentrieren der Maschine in der geplanten Richtungslage
entfällt. Das Schreitwerk weist zwei Gruppen von Schreitzylindem 5 und 6 auf. Die
Schreitzylinder 5 sind zwischen einer vorderen, gegen die Tunnelwandung 7 verspannten
Abstützung 8 und der Vorderseite des Antriebskörpers 1
angelenkt.
Die Schreitzylinder 6 sind mit ihrem hinteren Ende an der hinteren Abstützung 9
und mit ihrem vorderen Ende an der hinteren Seite des Antriebskörpers 1 angelenkt.
Während zum Vorschieben der Tunnelbohrmaschine beide Abstützungen gegen die Tunnelwandung
7 verspannt sind und die Schreitzylinder 5 und 6 gleichzeitig auf Vorschub der Maschine
arbeiten, wird beim Nachführen der Abstützungen in der Weise verfahren, daß diese
je für sich getrennt nachgeführt werden und daß beim Nachführen der einen gelösten
Abstützung jeweils mittels der der anderen verspannt bleibenden Abstützung zugeordneten
Schreitzylindergruppe der stillstehende konische Bohrkopf 2 fest gegen seinen konischen
Sitz in der Ortsbrust angepreßt wird. Auf diese Weise bleibt die Tunnelbohrmaschine
bei einer gelösten Abstützung zweifach abgestützt, so daß die Beibehaltung der Maschinenlage
gewährleistet ist.
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Statt des soeben beschriebenen Schreitwerks sind auch andere Schreitwerke
verwendbar, z. B. solche mit drei Abstützungen. Wichtig im Sinne genauer Kurvenfahrt
ist jeweils, daß die Tunnelbohrmaschine beim Umsetzen des Schreitwerks in ihrer
Lage gehalten wird. Das im einzelnen beschriebene Schreitwerk mit zwei Abstützungen
stellt ein besonders geringaufwendiges dar, das dem genannten Erfordernis in Verbindung
mit einem konischen Bohrkopf oder einem anderen Bohrkopf mit einem die Maschine
zentrierenden Pilotbohrer voll nachkommt.
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Mit einem hinteren Fortsatz 10 des Antriebskörpers 1 ist die Führungsbahn
11 gelenkig verbunden. Dazu dient eine Gelenkkupplung 12, insbesondere in Form einer
Wälzgelenkkupplung, die den Vorteil hat, daß sich die Teile bei einer Auslenkung
nicht gegeneinander verdrehen, wie dies z. B. bei einem Kreuzgelenk der Fall sein
kann.
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Die Führungsbahn 11 wird zum Kurvenfahren je nach Größe des Kurvenradius
aus der Achsrichtung der Tunnelbohrmaschine herausgeschwenkt und alsdann in dieser
Lage gegenüber der Maschine arretiert. Mit dem Verschwenken und Arretieren der Führungsbahn
ist die Einstellung der Maschine auf Kurvenfahrt beendet, so daß sie nunmehr eine
Kurve mit dem eingestellten Radius bohrt. Die gebohrte Kurve ist in der F i g. 4
dargestellt.
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Es sind nun noch die folgenden Einzelheiten zu beachten: Die vordere
Abstützung 8 enthält ein Kugelgelenk 13, mittels dessen die Schubhalterung 14 für
das Wellengehäuse 3 allseitig gelenkig mit der Abstützung 8 verbunden ist. Die hintere
Abstützung 9 muß für die Befestigung der Schubhalterung 15 an ihr ebenfalls ein
nach allen Richtungen schwenkbares Gelenk 16 enthalten, das aber zusätzlich noch
das Gegendrehmoment aufnehmen muß. Hier kann z. B. ebenfalls eine Sonderform eines
Wälzgelenks eingebaut werden.
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Es ist ferner zu beachten, daß die nicht näher dargestellten Spannzylinder
der hinteren Abstützung 9 eine größere Toleranz beim Verspannen haben müssen, da
beim Bohren von Kurven die Mitte der hinteren Abstützung nicht mit der Mitte der
Bohrung übereinstimmt. Beim Verspannen im Anschluß an das Nachziehen der Abstützungen
müssen sich diese jeweils nach der Lage der geknickten Zentralachse des Systems
Tunnelbohrmaschine-Führungsbahn ausrichten.
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Wenn mit der Maschine gerade Strecken gebohrt werden sollen, wird
die Gelenkkupplung 12 geradegestellt, so daß die vordere und die hintere Schubhalterung
14 bzw. 15 fluchten.
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Es ist vorteilhaft, die Gelenkkupplung 12 und das Gelenk 16 zuvor
in eine konzentrische Lage zueinander zu bringen, wenn die Führungsbahn 11 geschwenkt
werden soll. Dann ist zunächst einmal nur eine geringe Kraft zum Verschwenken erforderlich,
da die Gewichtsbelastung durch die Tunnelbohrmaschine direkt von der Abstützung
aufgenommen wird. Der größte Vorteil besteht aber darin, daß der Bohrkopf 2 beim
Verstellen in seiner Lage bleibt. Der Anpreßdruck kann also bestehenbleiben. Beim
Anbohren schneidet der Bohrkopf nicht einseitig, sondern auf dem ganzen Umfang.
Erst mit fortschreitender Bohrtiefe beginnt die Maschine in die Kurve hineinzufahren.
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Die mit der Kurvensteuervorrichtung nach der Erfindung gefahrene Kurve
besteht zwar nach theoretischer überlegung aus vielen einzelnen, durch Hub und Auslenkung
bestimmten gleichen Bögen, die Abweichung von einer Kurve mit exaktem Radius ist
jedoch so gering, daß sie für den praktischen Betrieb unwesentlich ist. In der F
i g. 4 ist die Tunnelbohrmaschine 2, 3, 1, 10 mit um den Winkel a gegenüber
der Maschinenlängsachse um die Gelenkkupplung 12 verschwenkter Führungsbahn 11 schematisch
dargestellt. R bedeutet den Radius des sich bei dieser Einstellung der Führungsbahn
mit sehr starker Annäherung ergebenden Kreisbogens 17.
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Gemäß F i g. 2 ist an dem mit der Tunnelbohrmaschine verbundenen Teil
der Gelenkkupplung 12 ein in Achsrichtung der Maschine nach hinten weisender Zeiger
18 angeordnet, dem eine am hinteren Ende der Führungsbahn 11 angebrachte Richtungsanzeigescheibe
19 zugeordnet ist. Die durchsichtige Scheibe 19 ist gemäß F i g. 3 mit Polarkoordinaten
versehen, so daß sich Größe und Richtung der Auslenkung der Führungsbahn 11 ablesen
lassen. Damit sind aber auch die Lage der Ebene, in der die Kurve aufgefahren wird,
und der Radius der zur Zeit gefahrenen Kurve jederzeit ablesbar. X bedeutet in den
F i g. 2 und 3 ein Maß für den Radius der Bohrkurve. Der Pfeil bei y in F i g. 3
zeigt die Kurvenrichtung an. a in F i g. 2 bedeutet den Winkel, um den die Führungsbahn
gegenüber der Tunnelbohrmaschine verschwenkt ist. Die Mittel zum Verschwenken und
zum Arretieren der Führungsbahn sind in F i g. 2 mit 20 bezeichnet.