DE202004015989U1

DE202004015989U1 - Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit

Info

Publication number: DE202004015989U1
Application number: DE202004015989U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2014-10-15

Abstract

Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit einer Tunnelvortriebsmaschine, bestehen aus einer Teleskopzylinderanordnung mit einer durch ein Druckmedium betätigbaren Kolbenanordnung und eine Wegmesseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Teleskopzylinderanordnung und die Kolbenanordnung zweistufig ausgeführt sind, dass ein Überbrückungskolben (24) der ersten Stufe eine größere Betätigungsfläche als ein Vortriebskolben (12) der zweiten Stufe aufweist, und dass die Wegmesseinrichtung einen linearen Weggeber (20) für den Hub der zweiten Stufe umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Tunnelvortriebsmaschinen werden üblicherweise mit einem ölhydraulischen Druckmedium in einer Vielzahl von einfachen Zylinder-Kolben-Vortriebseinheiten vorwärts bewegt. Aufgrund des konstruktiv begrenzten Hubweges ist die Gesamtbewegung intermittierend, wobei das Reaktionslager an der Tunnelseite immer wieder nachgeholt werden muss.
Bei der konstruktiven Ausbildung der Tunnelvortriebsmaschine hat eine große Baulänge der Zylinder-Kolben-Vortriebseinheiten einen ungewünschten Einfluss. Die Größe des Hubweges wird u. a. durch die maximale Länge der Tunnelvortriebsmaschine bestimmt.
Insbesondere bei einem Reaktionslager aus vorgefertigten Tunnelauskleidungssegmenten ist noch ein zusätzlicher Montage freiraum erforderlich, der einen größeren Hubweg erfordert, als der Breite der eingefügten Segmente entspricht.
Da durch die unterschiedlichen Wege der Zylinder-Kolben-Vortriebseinheiten die Bahn der Tunnelvortriebsmaschine gelenkt wird und diese Wegunterschiede relativ klein sind, ist eine sehr präzise Wegerfassung der einzelnen Zylinder-Kolben-Vortriebseinheiten zwingend erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zylinder-Kolben-Einheit einer Tunnelvortriebsmaschine zu schaffen, die trotz geringer Baulänge einen großen Hub aufweist und eine präzise Wegmessung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Zylinder-Kolben-Einheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale dieses Anspruchs gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der große maximale Hubweg der Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit bei gleichzeitig geringer Baulänge im eingefahren Zu stand wird durch Unterteilung in eine zweistufige Teleskopzylinderanordnung erreicht. Allerdings gibt es bei einer zweistufigen Teleskopzylinderanordnung keine wirtschaftliche Lösung für eine integrierte Wegmessung.
Die bei der Erfindung vorgenommene Beschränkung der Wegmesseinrichtung auf einen linearen Weggeber nur für den Hub der zweiten Stufe beruht auf folgender Überlegung. Der Gesamthub der Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit ist in einen ersten Hub für einen Montagefreiraum und einen zweiten Hub für die eigentliche Vortriebsbewegung unterteilt. Beide Bewegungsanteile wiederholen sich bei den Vortriebsschrittintervallen. Der Montagefreiraum wird nur temporär benötigt und ist nach der Montage der Segmente einfach nur zu überbrücken.
Eine lineare präzise Wegmessung ist nur bei der Vortriebsbewegung nötig, nicht aber während der Überbrückung des Montagefreiraums. Es reicht daher aus, für die Überbrückung des Montagefreiraums einen konstanten Weg zugrunde zu legen, und die lineare präzise Wegmessung erst anschließend vorzunehmen.
Dazu wird der Montagefreiraum durch die erste Stufe überbrückt und die Vortriebsbewegung mit der zweiten Stufe durch geführt. Auf den gemessen Weg der Hubbewegung der zweiten Stufe muss dann nur der konstante Weg der ersten Stufe aufaddiert werden, um ausgehend von der eingefahrenen Position der Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit den Gesamtweg zu erhalten.
Durch Bemessung der Betätigungsflächen der Kolben in der Weise, dass der Kolben der ersten Stufe eine größere Betätigungsfläche als der Kolben der zweiten Stufe aufweist, wird erreicht, dass der Kolben der ersten Stufe stets zuerst vollständig ausfährt und erst dann der Kolben der zweiten Stufe folgt, während der Kolben der ersten Stufe vollständig ausgefahren bleibt. Umgekehrt wird zunächst der Kolben der zweiten Stufe vollständig eingefahren und anschließend folgt der Kolben der ersten Stufe.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Wegmesseinrichtung außerdem einen Positionsgeber für die eingefahrene und die ausgefahrene Endposition der ersten Stufe umfassen.
Dadurch lässt sich die maximale Hubbewegung der ersten Stufe durch manuelle Messung feststellen und bei der Vortriebsbewegung prüfen und gewährleisten, dass die erste Stufe vollständig ausgefahren ist.
Vorzugsweise ist der maximale Hubweg der zweiten Stufe größer als der maximale Hubweg der ersten Stufe bemessen. Der Hub der ersten Stufe kann so kleiner als die Freiraumlänge bemessen sein, so dass die zweite Stufe zusätzlich zum Schrittintervall noch eine Reserve bietet, in der ebenfalls eine präzise Wegmessung möglich ist.
Bei einer konstruktiven Ausgestaltung der Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit ist der Überbrückungskolben der ersten Stufe in einem an den Vortriebskolben der zweiten Stufe anschließenden Außenzylinder angeordnet und ein an den Vortriebskolben der zweiten Stufe über einen Dorn anschließender Innenzylinder ist in einem Hohlzylinder des Überbrückungskolbens der ersten Stufe angeordnet. Ferner umschließt eine zentrale Bohrung im Vortriebskolben und Dorn der zweiten Stufe einen stabförmigen Weggeber des stationären Zylinders der zweiten Stufe.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit im eingefahrenen Zustand beider Stufen,
2 einen Längsschnitt durch eine Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit im ausgefahren Zustand der ersten Stufe und eingefahrenen Zustand der zweiten Stufe und
3 einen Längsschnitt durch eine Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit im ausgefahrenen Zustand beider Stufen.
Die dargestellte Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit umfasst eine zweistufig ausgeführte Teleskopzylinder- und Kolbenanordnung. In einem stationären Zylinder 10 befindet sich ein verschiebbarer Vortriebskolben 12. Der stationäre Zylinder 10 und der Vortriebskolben 12 bilden die zweite Stufe oder Hauptstufe der Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit. An diesen Vortriebskolben 12 schließen sich ein Außenzylinder 14 und koaxial darin ein am Ende eines Dorns 16 angeordneter Innenzylinder 18 an.
An der freien Stirnseite des stationären Zylinders 10 ist ein stabförmiger Weggeber 20 befestigt, der sich axial über einen Teil des stationären Zylinders 10 erstreckt. Eine zentrale Bohrung 22 im Vortriebskolben 12 und Dorn 16 umschließt den stabförmigen Weggeber 20.
Innerhalb des Außenzylinders 14 befindet sich ein relativ zum Außenzylinder 14 verschiebbarer Überbrückungskolben 24, der seinerseits als Hohlzylinder 26 ausgebildet ist. Dabei durchgreift der Dorn 16 eine Stirnfläche 28 des Überbrückungskolben 24 und der Innenzylinder 18 füllt den Querschnitt des Hohlzylinders 26 aus. Der Außenzylinder 14 und der Innenzylinder 18 sowie der Überbrückungskolben 24 bilden die erste Stufe oder Teleskopstufe der Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit.
Das freie Ende des stationären Zylinders 10 ist über ein Kugelgelenk 30 an der Tunnelvortriebsmaschine angeordnet und das freie Ende des Überbrückungskolbens 24 ist über ein Kugelgelenk 32 mit einer Druckplatte verbunden, die sich zum Zwecke des Vortriebs an der Tunnelauskleidung abstützt.
In 1 sind beide Kolben innerhalb der jeweiligen Zylinder in ihrer eingefahrenen Position dargestellt. Werden die Zylinderkammern mit Druckmittel beaufschlagt, werden sowohl Kräfte auf die Stirnfläche 34 des Vortriebskolben 12 der zweiten Stufe als auch Kräfte auf die Stirnfläche 28 des Überbrückungskolbens 24 und die Stirnfläche 36 des Hohlzylinders 26 im Überbrückungskolben 24 der ersten Stufe ausgeübt.
Die Summe der Stirnflächen 28, 36 am Überbrückungskolben 24 und Hohlzylinder 36 im Überbrückungskolben 24 bilden die Betätigungsfläche des Überbrückungskolbens 24. Diese Betätigungsfläche ist größer als die Stirnfläche 34 des Vortriebskolbens 12 der zweiten Stufe, die gleichzeitig die einzige Betätigungsfläche dieses Kolbens ist. Die Hubkraft der ersten Stufe ist somit etwas größer als die Hubkraft der zweiten Stufe. Auf Grund der Reibungswiderstände der Dichtungen zwischen den Kolben und Zylindern fährt daher nur die erste Stufe aus bis sie in ihre ausgefahrene Endposition gelangt. Diese Endposition ist in 2 dargestellt. Der Hub der ersten Stufe wird als Konstante bekannter Weggröße berücksichtigt.
Bei weiterer Beaufschlagung mit Druckmittel fährt auch die zweite Stufe aus. Beim Ausfahren findet eine Relativbewegung zwischen dem stabförmigen Weggeber 20 und dem Vortriebskolben 12 der zweiten Stufe statt. Dabei können die Wege der zweiten Stufe präzise linear erfasst werden. Der Gesamtweg zwischen der eingefahrenen Position beider Stufen und der aktuellen Position nach dem Ausfahren der zweiten Stufe ergibt sich dann aus der Wegmessung der zweiten Stufen zuzüglich der Konstanten der ersten Stufe, die deren maximalem Hub entspricht. 3 zeigt hierbei die ausgefahrenen Positionen beider Stufen.

10: stationärer Zylinder
12: Vortriebskolben
14: Außenzylinder
16: Dorn
18: Innenzylinder
20: Weggeber
22: Bohrung
24: Überbrückungskolben
26: Hohlzylinder
28: Stirnfläche des Überbrückungskolbens
30: Kugelgelenk
32: Kugelgelenk
34: Stirnfläche des Vortriebskolben
36: Stirnfläche des Hohlzylinders

Claims

Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit einer Tunnelvortriebsmaschine, bestehen aus einer Teleskopzylinderanordnung mit einer durch ein Druckmedium betätigbaren Kolbenanordnung und eine Wegmesseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Teleskopzylinderanordnung und die Kolbenanordnung zweistufig ausgeführt sind, dass ein Überbrückungskolben (24) der ersten Stufe eine größere Betätigungsfläche als ein Vortriebskolben (12) der zweiten Stufe aufweist, und dass die Wegmesseinrichtung einen linearen Weggeber (20) für den Hub der zweiten Stufe umfasst.
Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmesseinrichtung außerdem einen Positionsgeber für die eingefahrene und die ausgefahrene Endposition der ersten Stufe umfasst.
Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Hubweg der zweiten Stufe größer als der maximale Hubweg der ersten Stufe ist.
Zylinder-Kolben-Vortriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überbrückungskolben (24) der ersten Stufe in einem an den Vortriebskolben (12) der zweiten Stufe anschließenden Außenzylinder (14) angeordnet ist, ein an den Vortriebskolben (12) der zweiten Stufe über einen Dorn (16) anschließender Innenzylinder (18) in einem Hohlzylinder (26) des Überbrückungskolbens (24) der ersten Stufe angeordnet ist und dass eine zentrale Bohrung (24) im Vortriebskolben (12) und Dorn (16) der zweiten Stufe einen stabförmigen Weggeber (20) des stationären Zylinders (10) der zweiten Stufe umschließt.