DE2023418C3 - Tunne !bohrvorrichtung - 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 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 Rühmens 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 Vorrichtungen und somit der Rotor und die Hauptlageran-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 Rattererscheinungen und Vibration, die außer auf die Hauptlageranordnung auch auf die Antriebswelle und damit die Antriebseinrichtung übertragen werden. Dies führt insbesondere beim Bohrbetrieb in Gestein oder hartem Fels zu einer Reduzierung der Lebensdauer der Antriebseinrichtung und zwingt zur Einschaltung von Wartungszeiten in relativ kurzen Zeitabständen.

IJm die auf Vibrations- und Rattererscheinungen zurückzuführenden zusätzlichen Belastungen auf die Antriebseinrichtung zu reduzieren, hat man den Schneidkopf einer derartigen Vorrichtung unter Zwischenlage einer federnden Schicht elastisch auf dem Rotor befestigt (vgl. US-PS 34 19 311). Diese elastische Verbindung zwischen Schneidkopf und Rotor abs. -rbien 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 Tunnelbohrvorrichtung derart weiterzubilden, daß insbesondere beim Bohrbetrieb in Stein oder Feld die durch Vibrations- und Rattererscheinungen hervorgerufene zusätzliche Belastung der Antriebseinrichtung möglichst weitgehend vermieden und eine schnelle und einfache Austauschbarkeit der hochbelasteten llatipilageranordnung ermöglicht wird.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht. daß der an seinem vorderen Ende mit dem Schneidkopf versehene Rotor an seinem rückwärtigen F.nde mit 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 Vibrations- und Rattererscheinungen hervorgerufenen zusätzlichen Belastung der Antriebseinrichtung eine außerordentlich wirksame Maßnahme darstellt. Diese Maßnahme hat aber darüber hinaus den Vorteil, daß die hochbelastete Hauptlageranordnung leichter ausgetauscht werden kann, als bei bekannten Konstruktionen. Im Gegensatz zu Tunnelbohrvorrichtungen der bekannten Art bedarf es nämlich beim Ausbau der Hauptlageranordnung keiner besonderen Arbeitsgange zur Demontage der Antriebsverbindung zwischen der Antriebswelle und dem den Schneidkopf tragenden Rotor. 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 Kcrbver/ahnung 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 erfindungsgemäße Kerbverzahnung ergibt sich, wenn der weibliche Teil mit dem Rotor und der männliche Teil mit der Antriebswelle verbunden werden.

Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Tunnelbohrvorrichtung enthält einen Haupttragrahmen 50 mit vorderen teleskopar'.igen Stützen 60 und hinteren teleskopartigen Stützen 65. welche ausgefahren und in Eingriff mit der Tunnelwand gebracht werden können. Am

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

Ein beweglicher Rahmen 110 ist in dem Haupitragrah.nen 50 angeordnet und relativ zum Haupttragrahmen längsbeweglich. Alle Arbeitsteile der Tunnelbohrvorrichtung sind entweder direkt oder indirekt mit dem beweglichen Rahmen 110 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 Tunnei befindet. Die teleskopartigen Stürzen 60 und 65 werden in Eingriff mit der Tunnelwand ausgefahren, um den Haupttragrahmen fest in dieser Lage zu halten. Hierauf werden die Sehubzylinder 80 nach vorne ausgefahren, bis ein bestimmter Schneidevorgang beendet ist. Hilfsstützen IbO und 165 an 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 gehalten. Er kann sich jedoch gegenüber dem Haupttra^· rahmen 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 des beweglichen Rahmens vorgeschoben. Ein hinteres Lager 125 trägt das hintere Ende der Antriebswelle 130 drehbar gegenüber dem beweglichen Rahmen HO. Am hinteren Ende des beweglichen Rahmens HO ist ein Getriebekasten 135 angebracht, welcher weiter mit dem hinteren Ende der Antriebswelle 130 verbunden ist. Über einen zum Getriebekasten 135 gehörenden Antriebsmotor 140 kann die Antriebswelle 130 so angetrieben werden, daß sie sich relativ zum beweglichen Rahmen HO 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 Außenzahnkranz, welches fest am vorderen Ende der Antriebswelle 130 befestigt ist. Der weibliche Teil 155 ist ein Zahnrad mit Innenzahnkranz, welches fest aber entfernbar mit einem Rotor 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 Außenzahnkranz längsgleiten kann. Die Bedeutung dieses Merkmals der Vorrichtung wird im folgenden noch beschrieben werden.

Die Hauptlageranordnung 200 dieni zur Lagerung und dem Antrieb des Schneidkopfes 300 und nimmt gleichzeitig den Vorschub von den Schubzylindern 80 und den Drehantrieb von der Antriebswelle 130 auf. Die Hauptlageranuidnung 200 enthält einen Stator nder ein Gehäuse 210, welches allgemein die Form eines Hohlzylinders 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 gehahen.

Lösbare Befestigungseinrichtungen wie Bolzen 221 werden zur lösbaren Belestigung des Zahnrades i55 mit Innenzahnkranz am hinteren Ende des Rotors 220 verwendet. Lösbare Befestigungseinrichtungen wie Balzen 222 werden zur lösbaren Befestigung des

ίο 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 Schubzyiinder 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 sich zwischen dem vorderen und hinteren Lager befindet. Das Schublager 230 dient dazu, den Vorschub vom Stator oder Gehäuse 210 auf den Rotor 220 zu übertragen. Die zugehörige Einrichtung umfaüt 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 Schneidevorgangs der Vorrichtung wirken auf das Schneiderad 300 sowohl Dreh- als auch Schubbelastungen, welche sich in einem weiten Bereich in unvorhersagbarer Weise ändern, wobei die Spitzenbelastungen sehr hoch sind. In bekannten Vorrichtungen zum 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 Rotor 220 übertragene Längs- und Schwingbeanspruchungen nicht oder nur in geringem Umfang auf die Antriebsweile 130 übertragen. Der Getriebekasten 135 wird 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 Hauptlagcranordnung 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 lösbaie 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

f>5 leichtes Lösen des Zahnrades 155 mit Innenzahnkranz 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, sieh 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 Tunnel bohrvorrichtung kann die Hauptlageranordnung 2OX auch als vorbeugende Wartungsmaßnahme Vorzugs weise periodisch ersetzt werden. In diesem Tall kann e: sein, daß die entfernte H luptlagcranordriung überhaupt nicht bedeutend abgenutzt oder beschädigt isi Der Ersatz der alten Anordnung durch eine neue führ jedoch nur zu einer kurzen Standzeit der Vorrichtunj

ίο und gewährleistet eine lange ununterbrochene Be triebszeil der Vorrichtung, wenn der Betrieb wiede aufgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   Ί. lunneibohrvorrichtung. bestehenO 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 "ahmen 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, d adu rc h 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 Schub-/ylindern (80) und den beweglichen Rahmen (110) verbunden isi.
2. 2. Tunnelbohrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weibliche Teil (155) mit dem Rotor (220) und der männliche Teil (150) mit der Antriebswelle (130) verbunden ist.

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