DE2023418B2 - Tunnelbohrvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tunnelbohrvorrichtung, bestehend aus einem Hauptrahmen, einem gegenüber dem Hauptrahmen nicht drehbaren, jedoch in Längsrichtung verschiebbaren beweglichen Rahmen, einem am vorderen Ende der Tunnelbohrvorrichtung angeordneten Schneidkopf, einer in hartem Fels zu einer Reduzierung der Lebensdauer der Antriebseinrichtung und zwingt zur Einschaltung von Wartungszeiten in relativ kurzen Zeitabständen.

Um die auf Vibrations- und Rattererscheinungen zurückzuführenden zusätzlichen Belastungen auf die Antriebseinrichtung zu reduzieren, hat man den Schneidkopf einer derartigen Vorrichtung unter Zwischenlage einer federnoen Schicht elastisch auf dem Rotor befestigt (vgl. US-PS 34 19 311). Diese elastische Verbindung zwischen Schneidkopf und Rotor absorbiert zwar einen Teil der durch Vibrations- und Rattererscheinungen am Schneidkopf erzeugten Stöße, reduziert jedoch die zu vermeidenden zusätzlichen Belastungen nicht in praktisch erheblichem Maße.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tunnelbohrvorricluung derart weiterzubilden, daß insbesondere beim Bohrbetrieb in Stein oder Feld die durch Vibrations und Raitererscheinungen hervorgerufene zusätzliche Belastung der Antriebseinrichtung mög-

liehst weitgehend vermieden und eine schnelle und einfache Austauschbarkeit der hochbelasteten Haupt lageranordnung ermöglicht wird.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht. daß der an seinem vorderen Ende mit dem Schneidkopf

versehene Rotor an seinem rückwärtigen Ende mn einer Kerbverzahnung versehen ist, deren männliches und weibliches Teil in Längsrichtung der Antriebswelle relativ zueinander verschiebbar gelagert sind, und daß die Hauptlageranordnung mittels Bolzen lösbar mit den

Schubzylindern und den beweglichen Rahmen verbunden ist.

Die Praxis hat gezeigt, daß die erfindungsgemäße Anordnung einer Kerbverzahnung an Stelle einer elastischen Lagerung zur Reduzierung der durch Vibra-

tions- und Rattererscheinungen hervorgerufenen zusätzlichen Betastung der Antriebseinrichtung eine außerordentlich wirksame Maßnahme darstellt. Diese Maßnahme hat aber darüber hinaus den Vorteil, daß die hochbelasteie Hauptlageranordnung leichter ausgetauscht werden kann, als bei bekannten Konstruktionen. Im Gegensatz zu Tunnelbohrvorrichtungen der bekannten Art bedarf es nämi.ch beim Ausbau der Hauptlageranordnung keiner besonderen A rbeitsgänge zur Demontage der Antriebsverbindung zwischen der

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bohrvorrichtung angeordneten Schneidkopf, einer in zur Dg

dem beweglichen Rahmen gelagerten, dem Schneid- 45 Antriebswelle und dem den Schneidkopf tragenden Ro

Ab d Htleranordnun

kopf eine Drehbewegung erteilenden Antriebswelle, eine in dem beweglichen Rahmen angeordneten, dem Antrieb der Antriebswelle dienenden Antriebseinrichtung, einer mit einem Stator und einem innerhalb des Stators angeordneten Rotor versehenen, der Lagerung des Rotors gegenüber dem Stator dienenden Hauptlageranordnung und einer in dem Hauptrahmen gelagerten, an dem Stator zum Vorschub des Schneidkopfes des beweglichen Rahmens und der Antriebswelle dienenden Schubeinrichtung.

Sie bezieht sich insbesondere auf eine Tunnelbohrvorrichtung zum Schneiden von Durchlässen durch Gestein oder harten Fels.

Im Bohrbetrieb sind der Schneidkopf derartiger Vortor. So müssen zum Ausbau der Hauptlageranordnung auf Grund der erfindungsgemäßen Ausbildung lediglich

die Bolzenverbindungen zwischen dem Stator und den

Schubzylindern sowie dem beweglichen Rahmen gelöst werden. Eines Ausbauens der Antriebswelle bedarf es auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung einer Kerbverzahnung nicht.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt

sich somit mit einfachen technischen Mitteln neben einer wirksamen Entlastung der Antriebseinrichtung

auch eine schnelle und einfache Austauschbarkeit der hochbelasteten Hauptlageranordnung.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung in bezug auf

die eifindungsgemäße Kerbverzahnung ergibt sich.

richtungen und somit der Rotor und die Hauptlageran- 60 wenn der weibliche Teil mit dem Rotor und der männliche Teil mit der Antriebswelle verbunden werden.

Im folgenden ist zur weiteren !^läuterung und zum besseren Verständnis das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Tunnel-

ordnung ständig Kräften in der Größenanordnung von MP und mehr ausgesetzt. Zu dieser Belastung kommen insbesondere beim Bohrbetrieb in Gestein oder hartem Fels noch zusätzliche Belastungen durch Rat-

tererscheinungen und Vibration, die außer auf die 65 bohrvorrichtung enthält einen Haupttragriahnier. 50 mit

Hauptlageranordnung auch auf die Antriebswelle und damit die Antriebseinrichtung übertragen werden. Dies führt insbesondere beim Bohrbetrieb in Gestein oder vorderen teleskopartigen Stützen 60 und hinteren teleskopartigen Stützen 65, welche ausgefahren und in Eingriff mit der Tunnelward gebracht werden können. Am

vorderen Ende des Haupttragrahmens 50 sind Schubzylinder 80 als Vorschubeinrichtung vorgesehen, welche dazu dienen, die Arbeitsteile der Vorrichtung nach vorne zu schieben, um einen Schneidkopf 300 gegen die Tunnelvorderwand zu drücken.

Ein beweglicher Rahmen 110 ist in dem Haupttragrahmen 50 angeordnet und relativ /um Haupttragrahmen längsbeweglich. Alle Arbeitsteile der Tunneibohrvorrichtung sind entweder direkt oder indirekt mit dem beweglichen Rahmen UO verbunden oder gekuppelt, So kann die Vorrichtung als ganze schrittweise nach vorne bewegt werden. Der Vorgang verläuft so, daß der Haupttragrahmen 50 sich in einer bestimmten Längslage in dem Tunnel befindet. Die teleskopartigen Stützen 60 und 65 werden in Eingriff mit der Tunnelwand ausgefahren, um den Haupttragrahmen fest in dieser Lage zu halten. Hierauf werden die Schubzylinder 80 nach vorne ausgefahren, bis ein bestimmter Schneidevorgang beendet ist. Hilfsstützen 160 und J65 on dem vorderen bzw. hinteren Ende des beweglichen Rahmens 110 werden dann dazu verwendet, die gesamte Vorrichtung zu halten, während der Haupttragrahmen 50 in eine Lage weiter vorn gebracht wird. Diese Art des Vorschubs der Vorrichtung ist allgemein bekannt und braucht daher im einzelnen nicht weiter beschrieben zu werden.

Der bewegliche Rahmen 110 wird gegenüber dem Haupttragrahmen 50 in einer nichtdrehbaren Lage gehalien. Er kann sich jedoch gegenüber dem Haupttragrahmen 50 frei längsbewegen und ist gegenüber dem Haupttragrahmen 50 vorzugsweise längsgleitend gelagert.

Eine Antriebswelle 130 ist innerhalb des beweglichen Rahmens 110 angeordnet und wird längs des Tunnels zusammen mit der Bewegung de· beweglichen Rahmens vorgeschoben. Ein hinteres Lager 125 trägt das hintere Ende der Antriebswelle 130 drehbar gegenüber dem beweglichen Rahmen 110. Am hinteren Ende des beweglichen Rahmens 110 ist ein Getriebekasten 135 ungebracht, welcher weiter mit dem hinteren Ende der Antriebswelle 130 verbunden ist. Über einen zum Getriebekasten 135 gehörenden Antrieb motor 140 kann die Antriebswelle 130 so angetrieben werden, daß sie sich relativ zum beweglichen Rahmen 110 dreht. Die hintere Hilfsstütze 165 ist, obwohl sie direkt am hinteren Ende des beweglichen Rahmens 110 angebracht sein könnte, der Einfachheit halber unterhalb des Getriebekastens 135 angebracht.

Die Drehantriebseinrichtung umfaßt ferner eine Kerbverzahnung, welche aus einem männlichen (150) und einem weiblichen (155) Teil besteht. Der männliche Teil 150 ist ein Zahnrad mit Außen/ahnkranz, welches fest am vorderen Ende der Antriebswelle Π0 befestigt ist. Der weibliche Teil 155 ist ein Zahnrad mit Innenzahnkranz, welches fest aber entfernbar mit einem Rolor 220 einer Hauptlageranordnung 200 verbunden ist. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Zahnrad 155 mit Innenzahnkranz in einem gewissen Ausmaß relativ zu dem Zahnrad 150 mit Außen-/ahnkranz längsgleiten kann. Die Hedeulung dieses Merkmals der Vorrichtung wird im folgenden noch beschrieben werden.

Die Hauptlageranordnung 200 dient zur Lagerung und dem Antrieb des Schneidkopfes JOO und nimmt gleichzeitig den Vorschub von den Schubzylindern 80 ^ft5 und den Drehantrieb von der Antriebswelle Π0 auf. Die Hauptlageranordnung 200 enthält einen Stator oder ein Gehäuse 210, welches allgemein die form eines Hohizylinders hat. Der Rotor 220 ist konzentrisch in dem Gehäuse 210 angeordnet und wird mit Hilfe eines vorderen Querlagers 240 und eines hinteren Querlagers 250 drehbar relativ zum Gehäuse gehalten. Lösbare Befestigungseinrichtungen wie Bolzen 221 werden zur lösbaren Befestigung des Zahnrades 155 mit Innenzahnkranz am hinteren Ende des Rotors 220 verwendet. Lösbare Befestigungseinrichtungen wie Bolzen 222 werden zur lösbaren Befestigung des Schneidkopfes 300 am vorderen Ende des Rotors 220 verwendet.

Das hintere Ende des Stators oder Gehäuses 210 ist lösbar am vorderen Ende des beweglichen Rahmens 110 durch die Bolzen 211 befestigt. Der Vorschub durch die Schubzylinder 80 wird über einen Schubkragen 215 auf das Gehäuse 210 übertragen. Die Schubzylinder 80 dienen also auch dazu, den beweglichen Rahmen 110 in Vorschubrichtung, also nach vorn zu bewegen.

Zwischen dem Gehäuse 210 und dem Rotor 220 ist weiter ein Schublager 230 angeordnet, welches sidi zwischen dem vorderen und hinteren Lager befindet. Das Schublagcr 230 dient dazu, den Vorschub vom Stator oder Gehäuse 210 auf den Rotor 220 zu übertragen. Die zugehörige Einrichtung umfaßt einen inneren Schubkragen 217 am Gehäuse 210, welcher eine nach vorn gerichtete Schubschulter aufweist, und einen äußeren Schubkragen 225 an dem Rotor 220, welcher eine nach hinten gerichtete Schubschulter aufweist. Das Schublager 230 befindet sich zwischen diesen beiden Schubschultern.

Die vordere Hilfsstütze 160 ist, obwohl sie direkt am vorderen Ende des beweglichen Rahmens 110 befestigt sein könnte, der Einfachheit halber unter dem Gehäuse 210 angebracht.

Während des Schneidevqrgangs der Vorrichtung wirken auf das Schneiderad 300 sowohl Dreh- als auch Schubbelastungen, welche sich in einem weiten Bereich in iinvorhersagbarer Weise ändern, wobei die Spitzenbelastungen sehr hoch sind. In bekannten Vorrichtungen /um Bohren von Tunneln in hartem Fels oder hartem Gestein werden sowohl die Längsschubkraft als auch Schwingbeanspruchungen der Vorrichtung über die Antriebswelle auf die Drehantriebseinrichtung übertragen. Nach der Erfindung ist jedoch das Zahnrad 155 mit Innenzahnkranz relativ zum Zahnrad 150 mit Außenzahnkranz längsverschiebbar angeordnet. Hierdurch werden vom Schneidkopf 300 auf den Rutor 220 übertragene Längs- und Schwingbeanspruchungen nicht oder nur in geringem Umfang auf die Antriebswelle 130 übertragen. Der Getriebekasten 135 \urd so vor jeder außerordentlichen Belastung geschützt und kann seine Funktion unter Bedingungen ausführen, welche eine lange Lebensdauer und einen relativ wartungsfreien Betrieb garantieren.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Hauptlageranordnung 200 leicht als Gesamtheit aus der Tunnelbohrvorrichtung entfernt werden kann. So ist die Kupplung der .Schubzylinder 80 mit dem Schubkragen 215 des Gehäuses 210 über losbare Bolzen 88 derart, daß ein leichtes Abkuppeln des Gehäuses 210 von den .Schubzylindern möglich ist. Durch die lösbaren Bolzen 211 ist es weiter möglich, das Gehäuse 210 leicht vom beweglichen Rahmen 110 zu entfernen. Die lösbaren Bolzen 221 erlauben ein leichtes Lösen des Zahnrades 155 mit Innen/.ahnkranz vom Rotor 220. und die lösbaren Bolzen 222 ein leichtes Lösen des .Schneidkopfes 300 vom Rotor. Die Querlager 240 und 250 und das Schublager 230 weisen eine

große Anzahl von Einzelteilen auf und neigen dazu, sich während des Betriebs der Vorrichtung abzunutzen. Die leichte Lösbarkeit der Befestigung des Stators oder Gehäuses 210 und des Rotors 220 von den anderen Teilen der Vorrichtung macht es möglich, die gesamte Hauptlageranordnung 200 als Einheit zu entfernen. Eine neue Hauptlagereinheit kann in die Tunnelbohrvorrichtung mit vergleichsweise geringem Verlust an Arbeitszeit eingeführt werden. Die abgenutzte oder beschädigte Hauptlageranordnung kann dann in eine Werkstatt oder eine Fabrik gebracht werden, wo ihre Instandsetzung oder Überholung mit mehr Ruhe durchgeführt werden kann.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Tunnclbohrvorrichtung kann die Hauptlageranordnung 200 auch als vorbeugende Warlungsmaßnahme vorzugsweise periodisch ersetzt werden. In diesem Fall kann es sein, daß die entfernte Hauptlageranordnung überhaupt nicht bedeutend abgenutzt oder beschädigt ist. Der Ersatz der alten Anordnung durch eine neue führt jedoch nur zu einer kurzen Standzeit der Vorrichtung und gewährleistet eine lange ununterbrochene Betriebszeit der Vorrichtung, wenn der Betrieb wieder aufgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

IO Patentansprüche:

1. Tunnelbohrvorrichtung, bestehend aus einem Hauptrahmen, einem gegenüber dem Hauptrahmen nicht drehbaren, jedoch in Längsrichtung verschiebbaren beweglichen Rahmen, einem am vorderen Ende der Tunnelbohrvorrichtung angeordneten Schneidkopf, einer in dem beweglichen Rahmen gelagerten, dem Schneidkopf eine Drehbewegung erteilenden Antriebswelle, eine in dem beweglichen Rahmen angeordneten, dem Antrieb der Antriebswelle dienenden Antriebseinrichtung, einer mit einem Stator und einem innerhalb des Stators angeordneten Rotor versehenen, der Lagerung des Rotors gegenüber dem Stator dienenden Hauptlageranordnung und einer in dem Hauptrahmen gelagerten, an dem Stator zum Vorschub des Schneidkopfes des beweglichen Rahmens und der Antriebswelle dienenden Schubeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der an seinem vorderen Ende mit dem Schneidkopf (300) versehene Rotor (220) an seinem rückwärtigen Ende mit einer Kerbverzahnung versehen ist, deren männliches und weibliches Teil (150. 155) in Längsrichtung der Antriebswelle (130) relativ zueinander verschiebbar gelagert sind, und daß die Hauptlageranordnung (200) mittels Bolzen (88, 211) lösbar mit den Schubzylindern (80) und den beweglichen Rahmen (110) verbunden ist.

2. Tunnelbohrvorrichtung nach Anspruch I. do durch gekennzeichnet, daß der weibliche Teil (155) mit dem Rotor (220) und der männliche Teil (150) mit der Antriebswelle (130) verbunden ist.