DE2448753B1 - Schneidkopf fuer vortriebs- und gewinnungsmaschinen im berg- und tunnelbau - Google Patents

Description

• Das dient dazu, einen Ausgleich der Arbeitsdrücke über Fräserumfang und Fräserbreite und damit einen erschütterungsfreien Lauf des Fräsers bei der spanabhebenden Formgebung sicherzustellen. Im übrigen richtet
• sich die Gestaltung solcher Werzeuge im ganzen nach dem zu bearbeitenden Werkstücke, dessen Oberfläche vorgegebene Formgebung und Qualitäten aufweisen soll. Die Probleme um einen Schneidkopf für Vorrichtungen zum Vortrieb von Strecken, Tunnels u. dgl., wo nicht eine Oberfläche bearbeitet, sondern Gestein zerspant und hereingebrochen werden soll, ist durch die bei der spanabhebenden Formgebung von Metallen bekannten Maßnahmen bisher nicht beeinflußt worden.
• Tatsächlich läßt sich ein Schneidkopf der eingangs beschriebenen Gattung mit Förderschnecke in Form eines kontinuierlichen Schneckenstegs, welcher die Meißelhalter und die Meißel trägt, auch nicht variabel aus Scheiben zusammensetzen, da der Schneckensteg in seiner Steigung vorgegeben und nicht flexibel ist.
• Eine Fördereinrichtung in Form einer Förderschnecke mit Schneckensteg hält man jedoch für unverzichtbar.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schneidkopf der eingangs beschriebenen Gattung so aus Bauteilen zusammenzusetzen, daß der Schneidkopf durch unterschiedliche Kombination der Bauteile für das Arbeiten in verschiedenen Gesteinen optimiert werden kann.
• Die Erfindung besteht darin, daß der Schneidkopfkern aus einer Mehrzahl von im wesentlichen kreisringförmigen Kernscheiben und einer aufgesetzten Stirnkalotte zusammengespannt ist, wobei die Stirnkalotte über ihren Umfang verteilt mehrere Meißelhalter (mit daran befestigten Meißeln) und zumindest einige Kernscheiben je zumindest einen vorkragenden Meißelhalteransatz mit daran angeschlossenem Meißelhalter (und daran befestigtem Meißel) aufweisen, und daß die Meißelhalteransätze zugleich als Fördereinrichtungselemente ausgelegt sowie mit Abstand voneinander, geometrisch längs einer Schraubenlinie, zu einem Kaskadenförderer zusammengesetzt sind.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem Schneidkopf der eingangs beschriebenen Gattung zwar eine Fördereinrichtung, nicht aber eine Förderschnecke mit kontinuierlichem Schneckensteg erforderlich ist. Die Erfindung löst die Förderschnecke zunächst auf in einzelne Abschnitte und läßt diese Abschnitte zu Stufen oder Blöcken, nämlich den Meißelhalteransätzen, den Meißelhaltern und den Meißeln, entarten. Dabei ist jedem Meißelhalter und damit jedem Meißel nur eine Stufe oder ein Block zugeordnet.
• Das reicht aber überraschenderweise aus, um bei allen Einsatzfällen das zerspanend oder brechend hereingewonnene Gestein abzufördern, welches dabei wie Wasser von Stufe zu Stufe kaskadenartig mit den Meißelhalteransätzen und den Meißelhaltern in Kontakt kommt. Wegen dieses Fördereffekts wird von einem Kaskadenförderer gesprochen. Im einfachsten Falle funktionieren die Meißelhalteransätze und die eingesetzten Meißelhalter auch dann als Kaskadenförderer, wenn es sich um einfache Blöcke ohne auf die angestrebte Förderwirkung besonders eingerichtete Flächen handelt. Es kann jedoch zweckmäßig sein, an den beschriebenen Elementen Schrägflächen od. dgl. anzubringen, die den Fördereffekt, ähnlich wie bei einer Förderschnecke, unterstützen. Die Meißelhalteransätze können dabei wie Treppenstufen aufeinanderfolgen, es ist aber auch möglich, zwischen den Stufen Abstände vorzusehen. Das ist mit der Anzahl der Kernscheiben und Blindscheiben variabel.
• Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Kernscheiben im wesentlichen gleich groß, so daß aus den aufeinandergesetzten Kernscheiben wie- der ein im wesentlichen zylindrischer Kern entsteht, und mit Meißelhalteransätzen oder Meißelhaltern versehen, die einen unterschiedlichen weiten radialen Vorkrag über den Kreisumfang aufweisen können, wobei der radiale Vorkrag von der Stirnkalotte zur anzuschließenden Auslegerwelle hin zunimmt. Andererseits könnte man auch mit Kernscheiben unterschiedlichen Durchmessers und an den einzelnen Kernscheiben gleichen Meißelhalteransätzen arbeiten. Es besteht außerdem die Möglichkeit mit unterschiedlich weit radial vorkragenden Meißelhaltern zu arbeiten. Die mit Meißelhalteransätzen versehenen Kernscheiben haben vorzugsweise eine Dicke von etwa 50 mm und mehr und entsprechend breit sind die ein- oder mehrteiligen Meißel ausgebildet, die über die Meißelhalter an die Meißelhalteransätze angeschlossen sind. Zwischen den mit Meißelhalteransätzen ausgerüsteten Kernscheiben können als Blindscheiben ausgeführte Kernscheiben angeordnet werden, deren Dicke geringer ist als die der mit Meißelhalteransätzen versehenen Kernscheiben, wobei die Blindscheiben zweckmäßigerweise paßstückartig zusammensetzbar sind. Handelt es sich um ein weiches, leicht hereinbrechendes Gestein, so wird der erfindungsgemäße Schneidkopf nur mit einigen wenigen Meißeln, durch entsprechende Kombination von Kernscheiben mit Meißelhalteransätzen und Blindscheiben, ausgerüstet, wobei an dem Kaskadenförderer bei Rotation des Schneidkopfes noch eine Zertrümmerung der hereingebrochenen Gesteinsbrocken erfolgt, was den Fördereffekt unterstützt. Handelt es sich um das Bearbeiten von hartem Gestein oder soll ein besonders intensiver Fördereffekt erreicht werden, so wird man eine entsprechende Vielzahl von Kernscheiben mit Meißelhalteransätzen, eingesetzten Meißelhaltern und angeschlossenen Meißeln, z. B. unter Verzicht auf Blindscheiben, zum Schneidkopf zusammenspannen. Jedenfalls ist der Fördereffekt stets ausreichend und im allgemeinen stellt sich ein ausreichender Fördereffekt von selbst ein, wenn die Verteilung der Meißel über den Umfang des Schneidkopfes allein nach dem zu bearbeitenden Gestein eingerichtet wird. Das gilt insbesondere dann, wenn auch die Meißel so eingerichtet sind, daß sie zum Fördereffekt beitragen. Letzteres erreicht man z. B. dadurch, daß die einzelnen Meißel mehrere, vorzugsweise drei, in Rotationsrichtung gegeneinander zurückversetzte Meißelschneiden aufweisen, vorzugsweise so, daß die zweite Meißelschneide im Zerspanbereich der voreilenden ersten Meißelschneide angeordnet, aber für größere Spantiefe als die voreilende erste ausgelegt ist und daß die dieser zweiten Meißelschneide nacheilende dritte wieder im Zerspanungsbereich der zweiten angeordnet ist. Das optimiert gleichzeitig auch die Zerspanungsleistung.
• In der konstruktiven Gestaltung bestehen für den erfindungsgemäßen Schneidkopf mehrere Möglichkeiten, Stets muß man dafür sorgen, daß sich die Kernscheiben, die Blindscheiben und auch die Stirnkalotte beim Arbeiten des Schneidkopfes nicht gegeneinander verdrehen. Dazu empfiehlt die Erfindung, daß die Stirnkalotte und die Kernscheiben (d. h. die mit Meißelhalteransätzen versehenen und die Blindscheiben) mit Formschlußausbildungen versehen und diese einander und/oder entspechenden Formschlußausbildungen einer Nabe oder Welle, die zum Anschluß an die Auslegerwelle eingerichtet ist, zugeordnet sind. Arbeitet man so, so können die Stirnkalotte und die Kernscheiben durch axiale Schraubenbolzen miteinander verspannt sein. Im übrigen empfiehlt es sich, in die Stirnkalotte axial und zentral noch einen üblichen Gesteinsbohrer einzusetzen.
• Die erreichten Vorteile sind, zusammengefaßt, darin zu sehen, daß ein erfindungsgemäßer Schneidkopf durch unterschiedliche Kombination der beschriebenen Bauteile unterschiedlichen Einsatzfällen, d. h. unterschiedlichen Gesteinsarten, ohne weiteres angepaßt werden kann. Durch Probieren findet man leicht die für die üblicherweise auftretenden Gesteinsarten optimale Kombination der einzelnen Bauteile. Dabei ist überraschend, daß bei Optimierung der Schneidleistung auch die Förderleistung des Kaskadenförderers stets allen Anforderungen genügt.
• Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schneidkopf, F i g. 2 eine Ansicht des Gegenstandes der F i g. 1 aus Richtung des Pfeils A, F i g. 3 einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach F i g. 2, F i g. 4 teilweise im Schnitt die Ansicht Cdes Gegenstandes nach F i g. 1, F i g. 5 den Gegenstand nach F i g. 1 in Seitenansicht und F i g. 6 in schematischer Darstellung und stark verkleinert und gegenüber den F i g. 1 bis 5 weiterhin verkleinert einen erfindungsgemäßen Schneidkopf im Einsatz.
• Der in den F i g. 1 bis 5 dargestellte Schneidkopf 1 ist insbesondere für Vorrichtungen zum Vortrieb von Strecken, Tunnels u. dgl. bestimmt. Eine solche Vorrichtung ist in der F i g. 6 dargestellt worden. Es handelt sich um eine Teilschnitt-Streckenvortriebsmaschine 2 mit auf Raupen 3 verfahrbaren Fahrgestell 4, auf dem Fahrgestell 4 um eine vertikale Achse 5 schwenkbarem und mit einer horizontalen Achse 6 heb- und senkbarem Ausleger 7, der gleichzeitig das Maschinenaggregat 8 darstellt bzw. trägt und an den der Schneidkopf 1 angeschlossen ist. Die eingezeichneten Pfeile 9 deuten die Kräfte an, deren Reaktionskräfte, abgesehen von denen der Rotationsbewegung, auf den Schneidkopf 1 wirken, der außerdem orthogonal zur Zeichenebene der F i g. 5 die schon beschriebene Schwenkbewegung erfährt.
• Der Schneidkopf 1 ist also zum Anschluß an eine Auslegerwelle 10 eingerichtet. Er besitzt einen entsprechend gestalteten Schneidkopfkern 11, eine Fördereinrichtung 12 zum Abfördern des hereingewonnenen Gesteins, Meißelhalter 13 und daran befestigte Meißel 14.
• Dabei handelt es sich um Meißel 14, mit hartmetallbestückten Meißelschneiden 15.
• Aus einer vergleichenden Betrachtung der F i g. 1 bis 4 entnimmt man zunächst, daß der Schneidkopfkern 11 aus einer Mehrzahl von im wesentlichen kreisförmigen Kernscheiben 16 und einer aufgesetzten Stirnkalotte 17 zusammengespannt ist, wobei die Stirnkalotte 17 über ihren Umfang verteilt, mehrere Meißelhalter 13 mit daran befestigten Meißeln 14 aufweist. Außerdem tragen stets zumindest einige der Kernscheiben 16 je einen vorkragenden Meißelhalteransatz 18 mit daran angeschlossenem Meißelhalter 13 und daran befestigtem Meißel 14. Insbesondere aus der F i g. 5 entnimmt man, daß die Meißelhalteransätze 18 zugleich als Fördereinrichtungselmente ausgelegt sowie geometrisch längs einer Schraubenlinie 19, zu einem Kaskadenförderer zusammengesetzt sind. Die Wirkungsweise eines solchen Kaskadenförderers ist einleitend bereits beschrieben worden.
• Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Kernscheiben 16 im wesentlichen gleich groß. Sie sind mit Meißelhalteransätzen 18 versehen, die einen unterschiedlich weiten, radialen Vorkrag 20 über den Kreisumfang aufweisen.
• Dabei wird der Schneidkopf 1 im allgemeinen aus den Kernscheiben 16 so zusamengesetzt, daß der Vorkrag 20 der Meißelhalterausnehmungen 21 von der Stirnkalotte 17 zu der anzuschließenden Auslegerwelle 10 hin zunimmt. Im Ausführungsbeispiel mögen die Meißelhalteransätze 18 und die Kernscheiben 16 eine Dicke D von etwa 50 mm oder mehr aufweisen. Entsprechend breit sind die Meißel 14 ausgebildet, die im Ausführungsbeispiel mehrteilige Meißel 14 sind. Das wird noch erläutert. Zunächst zeigt die F i g. 3, daß zwischen den mit Meißelhalteransätzen 18 ausgerüsteten Kernscheiben 16 als Blindscheiben 22 ausgeführte Kernscheiben angeordnet sind, deren Dicke d geringer ist als die der mit Meißelhalteransätzen 18 versehenen Kernscheiben 16. Die Blindscheiben 22 können paßstückartig zusammengesetzt werden, wie es in F i g. 3 auch dargestellt worden ist. Man hat folglich die Möglichkeit, mit Meißelhalteransätzen 18 versehene Kernscheiben 16 mit unerrschiedlichem Abstand voneinander in bezug auf die Längsachse 23 des Schneidkopfes 1 anzuordnen, wobei auch der Winkelabstand 24 zwischen den Meißelhalteransätzen 18 benachbarter Kernscheiben 16 variierbar ist. Das erlaubt es, den erfindungsgemäßen Schneidkopf 1 den unterschiedlichsten Einsätzen anzupassen und zwar in bezug auf Schneidwirkung und Förderwirkung. Schneidwirkung und Förderwirkung werden unterstützt und leicht optimierbar, wenn, wie insbesondere die F i g. 5 erkennen läßt, bei einer Ausführungsform mit drei Meißelschneiden, die einzelnen Meißel 14 mehrere, nämlich drei in Rotationsrichtung 25 gegeneinander zurückversetzte Meißelschneiden 15a, 15b, 15c aufweisen, und zwar so, daß die zweite Meißelschneide 15b im Zerspanungsbereich der voreilenden ersten Meißelschneide 15a angeordnet aber für viel größere Spantiefe als die voreilende erste ausgelegt ist, während die dieser zweiten Meißelschneide 15b nacheilende dritte 15c wieder im Zerspanungsbereich der zweiten angeordnet ist. Dazu sind die Meißel im ganzen aus drei Meißelscheiben mit je drei Meißelhalteransätzen 18 zusammengesetzt. Die Rotationsrichtung ist durch den Pfeil 25 in der F i g. 2 angedeutet worden.
• Die Stirnkalotte 17 und die Kernscheiben 16, und zwar sowohl die mit Meißelhalteransätzen 18 versehenen als auch die Blindscheiben 22, tragen Formschlußausbildungen 26. Diese sind einander bzw. entsprechenden Formschlußausbildungen einer eingesetzten Nabe 27 zugeordnet, die wiederum an die Auslegerwelle 10 anschließbar ist. Die Stirnkalotte 17 und die Kernscheiben 16 sind durch axiale Schraubenbolzen 28 miteinander verspannt. Außerdem erkennt man in der Stirnkalotte 17 einen axial und zentral eingesetzten Gesteinsbohrer 29.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Schneidkopf für Vortriebs- und Gewinnungsmaschinen im Berg- und Tunnelbau, insbesondere für Vorrichtungen zum Vortrieb von Strecken, Tunnels u.dgl., bestehend aus zum Anschluß an eine Auslegerwelle eingerichteten Schneidkopfkern, Fördereinrichtung zum Abfördern des hereingewonnenen Gesteins, Meißelhaltern und daran befestigten Meißeln, vorzugsweise Meißeln mit hartmetallbestückten Meißelschneiden, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß der Schneidkopfkern (11) aus einer Mehrzahl von im wesentlichen kreisförmigen Kernscheiben (16) und einer aufgesetzten Stirnkalotte (17) zusammengespannt ist, wobei die Stirnkalotte (17) über ihren Umfang verteilt mehrere Meißelhalter (13) mit daran befestigten Meißeln (14) und zumindest einige der Kernscheiben (16) je zumindest einen Meißelhalteransatz (18) mit daran angeschlossenem Meißelhalter (13) und daran befestigte Meißel (14) aufweisen, und daß die Meißelhalteransätze (18) zugleich als Fördereinrichtungselemente ausgelegt sowie geometrisch längs einer Schraubenlinie (19), zu einem Kaskadenförderer zusammengesetzt sind.
2. 2. Schneidkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernscheiben (16) im wesentlichen gleich groß und mit Meißelhalteransätzen (18) oder Meißelhaltern (13) versehen sind, die einen unterschiedlich weiten radialen Vorkrag (20) über den Kreisumfang aufweisen, und daß der radiale Vorkrag (20) von der Stirnkalotte (17) zur anzuschließenden Auslegerwelle (10) hin zunimmt.
3. 3. Schneidkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Meißenhalteransätzen (18) versehenen Kernscheiben (16) eine Dicke (D) von etwa 50 mm und mehr aufweisen und entsprechend breit die ein- oder mehrteiligen Meißel (14) ausgebildet sind.
4. 4. Schneidkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den mit Meißelhalteransätzen (18) ausgerüsteten Kernscheiben (16) als Blindscheiben (22) ausgeführte Kernscheiben (16) angeordnet sind, deren Dicke (D) geringer ist, als die der mit Meißelhalteransätzen (18) versehenen Kernscheiben (16), und daß die Blindscheiben (22) paßstückartig zusammensetzbar sind.
5. 5. Schneidkopf nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Meißel (14) mehrere, vorzugsweise drei, in Rotationsrichtung (25) gegeneinander zurückversetzte Meißelschneiden (15) aufweisen, bei Anordnung von drei Meißelschneiden (15a, 15b, 15c) vorzugsweise so, daß die zweite Meißelschneide (15b) im Zerspanungsbereich der voreilenden ersten Meißelschneide (15a) angeordnet, aber für größere Spantiefe als die voreilende erste ausgelegt ist, und daß die dieser zweiten Meißelschneide (15b) nacheilende dritte (15c) wieder im Zerspanungsbereich der zweiten angeordnet ist.
6. 6. Schneidkopf nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkalotte (17) und die Kernscheiben (16) mit Formschlußausbildungen (26) versehen und diese einander und/oder entsprechenden Formschlußausbildungen (20) eine Nabe oder Welle (27), die zum Anschluß an die Auslegerwelle (10) eingerichtet ist, zugeordnet sind.
7. 7. Schneidkopf nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkalotte (17) und die Kernscheiben (16) durch axiale Schraubenbolzen (28) miteinander verspannt sind.
8. 8. Schneidkopf nach einem oder nach mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stirnkalotte (17) axial und zentral ein Gesteinsbohrer (29) eingeschraubt ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneidkopf für Vortriebs- und Gewinnungsmaschinen im Berg- und Tunnelbau, insbesondere für Vorrichtungen zum Vortrieb von Strecken, Tunnels u. dgl., bestehend aus zum Anschluß an eine Auslegerwelle eingerichtetem Schneidkopfkern, Fördereinrichtung zum Abfördern des hereingewonnenen Gesteins, Meißelhaltern und daran befestigten Meißeln, vorzugsweise Meißeln mit hartmetallbestückten Meißelschneiden. - Der Ausdruck Gestein umfaßt im Rahmen der Erfindung alle möglichen Gesteinsarten, aber auch Kohle. Der erfindungsgemäße Schneidkopf kann also auch zum Hereingewinnen von Kohlen eingesetzt werden.

   Bei bekannten Schneidköpfen der beschriebenen Gattung (vgl. Firmendrucksache »Vortriebsmaschine EVR 120« der Gebr. Eickhoff Maschinenfabrik und Eisengießerei mbH, Bochung, D-NR 2052 12 72 15) ist der Schneidkopfkern ein im wesentlichen zylindrisches oder leicht konisches, schweres Bauteil mit kalottenförmiger Spitze. Der Schneidkopf trägt eine integrierte Fördereinrichtung in Form einer Förderschnecke aus an den Schneidkopfkern angeschlossenem Schneckensteg, dessen Steghöhe von der Spitze zur Auslegerwelle hin zunimmt, so daß der rotierende Schneidkopf einen mehr oder weniger parabolischen Körper definiert. Das Fördervolumen der Förerschnecke nimmt von der Spitze zur anzuschließenden Auslegerwelle hin zu. Die Meißelhalter sind dicht an dicht oder nur mit geringem Abstand gereiht und auf die Außenfläche des Schneckenstegs aufgeschweißt. Das mag sich grundsätzlich bewährt haben, jedoch kann ein solcher Schneidkopf nur für ein bestimmtes Gestein, nämlich für dasjenige, für welches er unter Berücksichtigung der Umdrehungszahl ausgelegt ist, einigermaßen optimal arbeiten. Wenn die Maschine, die mit dem Schneidkopf ausgerüstet ist, in verschiedenen Gesteinen eingesetzt werden soll, muß entweder, je nach Gestein, verschlechterte Leistung bzw. verschlechterter Wirkungsgrad in Kauf genommen werden oder es müssen eine Vielzahl von aufwendigen, auf unterschiedliche Gesteine ausgelegten Schneidköpfen bereitgehalten und. ausgetauscht werden.

   In anderen Bereichen der Technik, nämlich bei der spanabhebenden Formgebung von Metallen, ist es bekannt (vgl. DT-PS 8 77 091) zylindrische Fräser oder Formfräser aus Scheiben zusammenzusetzen, die umfangsseitig Frässchneiden tragen. Dabei ist es üblich, die Anordnung so zu treffen, daß die Fräsnuten zwischen den Frässchneiden Schraubenform aufweisen.