DE2207018A1

DE2207018A1 - Tunnelvortriebsmaschine

Info

Publication number: DE2207018A1
Application number: DE19722207018
Authority: DE
Inventors: Ernst Abraham; Birrer Josef; Thun Lauber (Schweiz). RP
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1971-02-25
Filing date: 1972-02-15
Publication date: 1972-09-07
Also published as: SE348248B; CH540400A; ZA72957B; JPS501299B1; FR2126420A1; GB1343748A

Description

Tunnelvortriebsmaschine.

Gegenstand der Erfindung ist eine Tunnelvortriebsmaschine, bestehend aus einem Maschinengestell mit drehbar darin gelagertem kraftangetriebenem Schrämkopf mit die Tunnelfront bearbeitenden Sehramvorrichtungen, Stütz- und Führungseinrichtungen für das Vorderteil des Maschinengestells, einer im Tunnel maschinell fest verspannbaren Verankerungsvorrichtung mit Führungen für das rückwärtige Ende des Maschinengestells zur Ermöglichung einer Längsbewegung des Maschinengestells bei verspannter Verankerungsvorrichtung, welche Jedoch eine Vertikal-, eine Seiten- und eine Drehbewegung des Maschinengestells nicht zuläßt, und mit einem das Maschinengestell gegenüber der Verankerungsvorrichtung vorwärt sbewegenden Antrieb.

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Bei einer bekannten derartigen Tunnelvortriebsmaschine erfolgt die Lenkung der Maschine durch seitliche und senkrechte Bewegung der Führung für das rückwärtige Ende des Maschinengestells in der Verankerungsvorrichtung. Mittels einer derartigen Lenkeinrichtung ist jedoch eine seitliche Lenkung der Maschine In engen Kurven nicht möglich, sodaß der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, für eine derartige Tunnelvortriebsmaschine eine steife Lenkung zu verwirklichen, mit deren Hilfe eine Seitenlenkung der Maschine selbst in relativ engen Kurven möglich ist.

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung im wesentlichen vor, daß das Maschinengestell aus einem Vordergestell und einem Hintergestell besteht und beide mittels einer vertikalen scharnierartigen Verbindung verschwenkbar miteinander verbunden sind, und daß zur gegenseitigen Verschwenkung beider Gestellteile in verschiedene Lagen zwecks seitlicher Lenkung der Maschine ein Antrieb sowie zwecks senkrechter Lenkung der Maschine ein die Führungen senkrecht zur Verankerungsvorrichtung verschiebender Antrieb vorgesehen ist.

Dabei ist zweckmäßigerweise das Vordergestell mit der Verankerungsvorrichtung zwecks Verschwenkung beider Gestellteile gegeneinander in ihrer Gelenkverbindung durch Kraftaggregate verbunden, und beide Gestellteile sind in jeder gewünschten Relativlage durch eine kraftbetätigte Blockierungseinrichtung blockierbar, sodaß mit Hilfe der Kraftaggregate ein Vorrücken des gesamten Maschinengestells gegenüber der Verankerungsvorrichtung erzielbar ist. Vorzugsweise sind diese Kraftaggregate als doppeltwirkende Hydraulik-Arbeitszylinder ausgebildet,

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wobei jeweils ein derartiger Arbeitszylinder an der rechten und an der linken Seite der Ve ranke rungs vorrichtung und des Vordergestelles angreift. Die Blockierungseinrichtung weist vorzugsweise wenigstens eine kraftbetätigte Reibkupplung mit Nut und Keil auf, wobei zur Betätigung dieser Reibkupplung ein über ein kraftverstärkendes Gelenkhebelsystem einwirkender doppeltwirkender Hydraulik-Arbeitszylinder vorgesehen ist. Das Hintergestell besitzt nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung einen in Längsrichtung nach hinten verlaufenden Ansatz als Gleitbahn für die Führung in der Verankerungsvorrichtung und zur Übertragung des bei Verdrehung des Schrämkopfes auftretenden Drehmomentes über die Führung an die Verankerungsvorrichtung. Dabei ist zweckmäßigerweise die Führung in der Verankerungsvorrichtung über Hydraulik-Arbeitszylindern angeordnet, welche zwei diametral einander gegenüberliegende Verankerungsschuhe gegen die Tunnelwandung pressen und von dieser wieder ablösen können. Zur Entfernung des Schrämkleins von der Tunnelfront besitzt die erfindungsgemäße Tunnelvortrieb smaschine einen unter der Verankerungsvorrichtung verlaufenden Förderer, welcher ein am Vordergestell angelenktes Gestell mit an dessen rückwärtigem Ende angeschlossenem Anhänger aufweist. Um bei gelöster Verankerungsvorrichtung das Hintergestell abstützen zu können, sind vorzugsweise als Hydraulik-Arbeitszyllnder ausgebildete Stützorgane vorgesehen.

Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Tunnelvortrieb smas chine;

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Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen, Theaterplatz Figur 2 eine Draufsicht auf die Maschine;

Figur 3 den vorderen Teil der Maschine in Draufsicht und im Teilschnitt sowie in vergrößertem Maßstabe gegenüber Fig. 2;

Figur 4 einen Schnitt durch Fig. 3 längs der Linie 4-4; und

Figur 5 einen senkrechten Schnitt durch die Maschine längs der Linie 5-5 in Fig. 1 und 2 in vergrößertem Maßstabe.

Die in den Figuren dargestellte Tunnelvortriebsmaschine besitzt ein Maschinengestell, welches aus einem Vordergestell 12 und einem Hintergestell 13 besteht. Die beiden Gestellteile 12 und 13 sind durch ein oberes Gelenk 14 und ein unteres Gelenk 15 aneinander angelenkt, sodaß sie sich um eine Achse I, d.h. um die gemeinsame Längsachse beider Gelenke gegeneinander verschwenken können. Mittels eines Schrägrollenlagers 17 ist im Vordergestell 12 ein trommelartiger Schrämkopf 16 gelagert, welcher mittels eines Getriebemotors l8 über ein Stirnrad 19, welches mit einem Innenzahnkranz 20 des Schrämkopfes kämmt, in Drehung versetzbar ist. Dabei bildet der Innenzahnkranz 20 gleichzeitig den inneren Laufring des Schrägrollenlagers 17. Der Schrämkopf 16 besitzt vier gleichartige Schrämeinrichtungen 21 mit Jeweils einem Getriebemotor 22 zur Verdrehung einer Messerscheibe 23. Diese Messerscheiben besitzen eine Anzahl von Schrämmeißeln 24 mit gesinterten Hart me ta He ins ätzen, während

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die beiden außenliegenden Scheiben außerdem noch vier Feinmeißel 25 tragen. Das Maschinengestell gleitet mit Hilfe eines kreisbogenförmigen Schuhes auf der Tunnelsohle, sodaß beim Vorrücken des Schrämkopfes ΐβ zusammen mit dem Maschinengestell 12 unter Verdrehung des Schrämkopfes und gleichzeitiger Verdrehung seiner Schrämscheiben 23 dieselben tangential längs Schraubenbahnen das Gestein losschrämen, wie dies in der US-PS 2 758 825 beschrieben wird. In den Zeichnungen sind allerdings die Neigungswinkel der Schrämeinrichtungen 21 zur Drehachse der Trommel l6 übertrieben dargestellt. Eine nur in den Figuren 3 und 5 dargestellte Fördereinrichtung 21 besitzt zwei endlose Schrapperbänder 29* welche teilweise von einem Hohlzylinder 30 umgeben sind, aus welchem über eine Saugleitung 31 die staubige Luft abgesaugt wird. Dieser Förderer 28 besitzt zwei endlose Schrapperbänder dS» welche teilweise von einem Hohlzylinder 30 umgeben sind, aus welchem über eine Saugleitung 31 die staubige Luft abgesaugt wird. Dieser Förderer 28 gibt das aufgenommene Schrämklein auf einen Bandförderer 32 eines Anhängers 33· Dabei ist der Hohlzylinder 30 des Förderers 28 verschwenkbar am Vordergestell 12 befestigt und ruht mit seinem rückwärtigen Ende auf einer Kufe J>k des Anhängers. Dadurch dient dieser Hohlzylinder gleichzeitig als Zugstange für den Anhänger 33. In Figur 2 sind der Förderer 28 und der Anhänger 33 allerdingsfortgelassen»

Das Hintergestell 13 besitzt einen nach rückwärts verlaufenden Kastenträger 35* welcher verschiebbar in einen Führungsteil 36 mit austauschbaren Einsätzen 3öa der Verankerungseinrichtung 37 geführt wird. Diese Verankerungseinrichtung 37 besitzt zwei Verankerungsschuhe 38 und 39* welche an diametral einander

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gegenüberliegenden Seiten an der Tunnelwandung angreifen, wenn sie mittels einzeln steuerbarer Hydraulik-Arbeitszylinder 40 nach außen gepresst werden. Dabei sitzen diese Verankerungsschuhe auf den Kolben 4l dieser Arbeitszylinder 40 und sind mit diesen über ein Kugelgelenk verbunden. In Figur 5 ist der eine der Arbeitszylinder 40, welcher den Verankerungsschuh 39 betätigt, im Schnitt dargestellt, während der den Schuh 38 betätigende Arbeitszylinder nicht dargestellt ist, da beide identisch sind. Um ein Abkippen der Schuhe 38 und 39 in von der Tunnelwandung abgezogenem Zustande zu verhindern, sind Federstäbe 45 vorgesehen, welche an dem zugeordneten Schuh mit ihrem einen Ende starr befestigt sind, während sie mit ihrem anderen Ende im Gehäuse der Verankerungsvorrichtung verschiebbar eingesetzt sind. Die Führung 36 der Verankerungsvorrichtung sitzt auf einem Kolben 42, welcher zwei innere Druckkammern 43a und 43b aufweist, welche durch ein unbewegliches kolbenartiges Element 44 voneinander getrennt sind. Der Kolben 42 kann sich dabei ungehindert um seine Längsachse drehen. Die Gleitverbindung zwischen dem Kastenträger 35 und der Führung 36 überträgt Reaktionsdrehmomente, welche durch die Drehbewegung des Schrämkopfes l6 erzeugt werden, an die Verankerungsvorrichtung. Es ist daher unbedingt wichtig, daß das Spiel in dieser Gleitverbindung so gering wie möglich ist und daß der Kastenträger 35 starr und drehsteif ist.

Die doppeltwirkenden Hydraulik-Vorschubarbeitszylinder 46 und 47 sind am Vordergestell 12 und den Verankerungsschuhen 38 bezw. 39 mittels Kugelgelenken angeschlossen. Das obere Gelenk 14, welches in Figur 3 und $ im einzelnen dargestellt ist,

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besteht aus einem Drehzapfen 48, auf welchem eine Platte 49 des Vordergestells 12 sowie zwei Platten 50 und 51 des Hintergestells 15 verschwenkbar angeordnet sind. Die Platte 49 läuft in einen kreisbogenförmigen Keil 52 aus. Ein Kupplungsschuh 53 mit einer kreisbogenförmigen Nut 54 ist zwischen zwei Haltern 55 und 56 am Hintergestell 13 derart geführt, daß er sich seitlich nicht bewegen kann, wobei er mittels eines doppeltwirkenden Hydraulik-Arbeitszylinders 54 über ein kraftverstärkendes Gelenksystem mit Gelenkhebeln 58-6I fest gegen den Keil 52 gepresst werden kann. Bei dem Gelenksystem sind die Gelenkhebel 58 und 60 am Hintergestell 13 angelenkt, während die Gelenkhebel 59 und 6l am Kupplungssschuh 53 und der Arbeitszylinder 57 an Drehzapfen 62 und 63 angelenkt sind, welche die Gelenkhebel 58 und 60 mit den Gelenkhebeln 59 bezw. 6l verbinden. Eine gleichartige.kraftbetätigte Kupplung 1st mit dem unteren Gelenk 15 verbunden.

Der bereits erwähnte Gleitschuh 26 des Vordergestells besteht aus einer kreisbogenförmigen Gleitkufe 64 mit zwei oberen Seitenrahmen 65 und 66, welche mit dem Vordergestell 12 über zwei Stangen 67 und 68 mit Kugelgelenken verbunden sind (Fig.3)· Die hinteren Enden der Seitenrahmen 65 und 66 des Schuhes 26 sind untereinander mittels einer Abstandsstange 69 verbunden, welche an den Enden ebenfalls Kugelköpfe trägt. Das Vordergestell 12 besitzt eine wagerechte Abstandsstange 70, welche zwischen den Seitenrahmen 65 und 66 des Schuhes 26 verschiebbar geführt ist. Das Gewicht des vorderen Teiles der Maschine wird auf die Seltenrahmen 65 und 66 über zwei Träger 71 und 72 übertragen, welche am Vordergestell befestigt sind und auf den Kugelflächen zweier halbkugelförmiger Gleitblöcke 73 und 74

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ruhen, welche mit ihren ebenen Flächen auf den ebenen wagerechten Oberflächen der Seltenrahmen 65 und 66 des Schuhes 26 verschiebbar sind.

Wie bereits erwähnt, wird das rückwärtige Ende des Maschinengestelles 12, I^ durch die' Verankerungsvorrichtung 37 abgestützt. Wenn die Schuhe 38 und 39 dieser Verankerungsvorrichtung gelöst werden, werden zur Abstützung des Maschinengestells 12, 13 zwei hydraulische Druckböcke 75 und 76 verwendet.

Die vorstehend beschriebene Maschine arbeitet folgendermaßen:

Bei umlaufendem Schrämkopf 16 mit den Messerscheiben 23 und bei im Tunnel verspannter Verankerungsvorrichtung 37 wird das Maschinengestell 12, 13 mittels der Vorschub-Arbeitszylinder 46 und 47 vorgerückt, sodaß die Maschine sich nach vorne in das Gestein oder Erdreich hineinfrißt. Wenn die Verschub-Arbeitszylinder 46 und 47 voll ausgefahren sind, werden die Stützböcke 75 und J6 betätigt, um die Maschine abzustützen. Daraufhin wird die Verankerungseinrichtung 37 gelöst, von den Vorschub-Arbeitszylindern 46 und 47 nach vorne gezogen und anschließend wieder fest gegen die Tunnelwände ausgefahren, sodaß e4e> die Maschine nunmehr wieder fest im Tunnel verankert ist. Daraufhin werden die Stützböoke 75 und 76 wieder eingezogen und die Maschine ist nunmehr für einen neuen Vorschub bereit.

Normalerweise eind die Vorschub-Arbeitszylinder 46 und 47 parallel im gleichen Strömungskreis angeordnet und die Kupplungen 52 und 53 werden betätigt, um die Gelenke 14 und 15

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zu blockieren, sodaß die Maschine sich in gerader Bahn oder in einer Kurve mit konstantem Radius in das Erdreich oder das Gestein hineinfrißt.

Wenn der Lauf der Maschine seitlich verändert werden soll, d.h. also gegenüber einer Geradeausfahrt eine Kurve gefahren werden soll oder statt einer Kurve mit konstantem Radius eine weitere oder engere Kurve gefahren werden soll, werden die Kupplungen gelöst und einer der Vorschub-Arbeitszylinder 46, 47 ausgefahren, während der Kolben des anderen Arbeitszylinders freigegeben oder unter Druck eingefahren wird. Henn der gewünschte Winkel zwischen dem Vordergestell 12 und dem Hintergestell 15 erreicht ist, werden die Kupplungen wieder zum Eingriff gebracht, sodaß die Gelenke 14 und I5 blockiert sind. Zweckmäßigerweise sollte die Maschine während dieses Lenkvorganges ebenso ihre Schrämarbeit verrichten wie bei der vertikalen Lenkung, die mittels des Kolbens 42 erreicht wird.

Die vorbeschriebene Anordnung zur Verbindung des Vordergestells 12 mit dem Schuh 26 erlaubt infolge der Gleitverbindung zwischen der Abstandsstange JO und den Seitenrahmen 65 und 66 des Schuhes 26 eine senkrechte Lenkung. Infolge der Elastizität innerhalb dieser Anordnung, Insbesondere der Elastizität des Schuhes und wegen des Spieles in den Kugelgelenkverbindungen kann das Vordergestell 12 sich im Schuh seitlich hin und her bewegen. Die RUckstellkräfte auf das Vordergestell 12 sind Jedoch sehr stark, was durchaus erwünscht ist. Andererseits können auch schwere Tellerfedern anstelle dieser konstruktiv eich ergebenden Elastizität verwendet werden.

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Gegenüber der vorbeschriebenen Ausführung sind naturgemäß mannigfache Abwandlungen möglich, sodaß beispielsweise der Schrämkopf 16 eine große Anzahl herkömmlicher frei umlaufender Rollenmeißel oder Messerscheiben anstelle der Schrämeinrichtungen 21 aufweisen kann.

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Claims

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Patentansprüche

l^J Tunnelvortriebsmaschine, bestehend aus einem Maschinengestell mit drehbar darin gelagertem kraftangetriebenem Schrämkopf mit die Tunnelfront bearbeitenden Schrämvorrichtungen, Stütz- und Führungseinrichtungen für das Vorderteil des Maschinengestells, einer im Tunnel maschinell fest verspannbaren Verankerungsvorrichtung mit Führungen für das rückwärtige Ende des Maschinengestells zur Ermöglichung einer Längsbewegung des Maschinengestells bei verspannter Verankerungsvorrichtung, welche jedoch eine Vertikal-, eine Seiten- und eine Drehbewegung des Maschinengestells nicht zuläßt, und mit einem das Maschinengestell gegenüber der Verankerungsvorrichtung vorwärtsbewegenden Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengestell aus einem Vordergestell (12) und einem Hintergestell (13) besteht und beide mittels einer vertikalen scharnierartigen Verbindung (l4, 15) verschwenkbar miteinander verbunden sind, und daß zur gegenseitigen Verschwenkung beider Gestellteile in verschiedene Lagen zwecks seitlicher Lenkung der Maschine ein Antrieb (46, 47) sowie zwecks senkrechter Lenkung der Maschine ein die Führungen (36) senkrecht zur Verankerungsvorrichtung (37) verschiebender Antrieb (42) vorgesehen ist.
2. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vordergestell (12) mit der Verankerungsvorrichtung (37) zwecks Verschwenkung beider Gestellteile (12, 13) gegeneinander in ihrer Gelenkverbindung (14, 15) durch Kraft-

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aggregate (46, 47) verbunden ist und beide Gestellteile in jeder gewünschten Relativlage durch eine kraftbetätigte Blockierungseinrichtung (52-61) blockierbar sind, wodurch mit Hilfe der Kraftaggregate ein Vorrücken des gesamten Maschinengestells gegenüber der Verankerungsvorrichtung erzielbar ist.
3. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaggregate (46, 47) als doppeltwirkende Hydraulik-Arbeitszylinder ausgebildet sind und ein derartiger Arbeitszylinder (46) jeweils zwischen der linken Seite der Verankerungsvorrichtung (57) und des Vordergestells (12) sowie ein zweiter derartiger Arbeitszylinder (47) jeweils zwischen der rechten Seite der Verankerungsvorrichtung und des Vordergestells angeordnet ist·
4. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierungseinrichtung (52-61) wenigstens eine kraftbetätigte Reibkupplung mit Nut und Keil (52-54) aufweist.
5. Tunnelvortriebsmaschlne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Reibkupplung (52-54) ein über ein kraftverstärkendes Gelenkhebelsystem (58-61) einwirkender doppeltwirkender Hydraulik-Arbeitszylinder (57) vorgesehen ist.
6. Tunnelvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsvorrichtung (57) zwei diametral gegenüberliegende mit Hilfe von Hydraulik-Arbeitazylindern (40) gegen die Tunnelwandungen pressbare Verankerungsschuhe (28, 39) aufweist.

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7. Tunnelvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hintergestell (13) einen in Längsrichtung nach hinten verlaufenden Ansatz (35) als Gleitbahn für die Führung (36) in der Verankerungsvorrichtung und zur Übertragung des bei Verdrehung des Schrämkopfes (l6) auftretenden Drehmomentes an die Verankerungsvorrichtung aufweist.
8. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (36) in der Verankerungsvorrichtung (37) über den Hydraulik-Arbeitszylindern (40) für die Verankerungsschuhe (38, 39) angeordnet ist.
9. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Verankerungsvorrichtung (37) ein das Schrämklein von der Tunnelfront entfernender Förderer (28) verläuft.
10. Tunnelvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abstützen des Hintergestells (13) bei gelöster Verankerungsvorrichtung (37) Stützorgane (75j 76) vorgesehen sind.
11. Tunnelvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hydraulik-Arbeitszylinder (75* 76) zur Abstützung des Hintergestells (13) bei von der Tunnelwandung abgezogenen Verankerungsschuhen (38, 39) der Verankerungsvorrichtung (37) vorgesehen sind.

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12. Tunne!vortriebsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (28) ein am Vordergestell (12) angelenktes Gestell (30) mit an dessen rückwärtigem Ende angeschlossenen Anhänger (33) aufweist.

Patentanwalt.

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