DE2615597A1

DE2615597A1 - Erdbearbeitungseinrichtung fuer eine tunnelvortriebsmaschine

Info

Publication number: DE2615597A1
Application number: DE19762615597
Authority: DE
Inventors: Tyman Harold Fikse
Original assignee: Robbins Co
Current assignee: Robbins Co
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1976-10-21
Also published as: FR2307123A1; CH609422A5; AU1265076A; IT1057498B; US3966256A; DE2615597B2; ES446843A1; CA1029050A; GB1521844A; DE2615597C3; FR2307123B1

Description

Erdbearbeitungseinrichtung für eine Tunnelvortriebsmaschine

Die Erfindung betrifft eine kraftbetriebene Erdbearbeitungseinrichtung und ihre Anordnung innerhalb eines Vortriebsschilds.

Die Erdbearbeitungseinrichtung und Tunnelvortriebsmaschine gemäss der vorliegenden Erfindung werden als Verbesserung gegenüber der Erdbearbeitungseinrichtung und Tunnelvortriebsmaschine nach der US-PS 3 556 599 angesehen. Ein Hauptvorteil der erfindungsgemässen Erdbearbeitungseinrichtung liegt darin, dass die Hydraulikzylinder zur Bewegung des Schneidwerkzeugs gleichzeitig die Halterung desselben bilden. Dabei ist eine Überkopf angeordnete Schiene, ein Wagen und ein Ausleger gemäss der US-PS 3 556 599 nicht erforderlich. Dadurch wird der für die Arbeiter oder für andere Vorrichtungen an der Stirnseite des Tunnels verfügbare Raum wesentlich vergrössert.

6098 A 3/0 U9
- ι -

ORIGINAL 5NSPECTED

567 269 £ ^ 6 1 S .S 9

Die Erdbearbeitungseinrichtung gemäss der Erfindung ist im wesentlichen durch eine stativartige Halterung und einen Antrieb für ein Schneidwerkzeug gekennzeichnet. Das Schneidwerkzeug ist am Stativkopf des Stativs befestigt. Die drei Beine des Stativs bestehen aus doppelt wirkenden Hydraulikzylindern. Die vorderen Enden der Zylinder sind mit dem Stativkopf etwa in der gleichen Weise verbunden wie die Beine eines bei der Landvermessung verwendeten Stativs mit dem zugehörigen Stativkopf verbunden sind, d.h. die Beine sind schwenkbar um die auf Sehnen liegenden Achsen angeordnet, jedoch ist die Verbindungsanordnung im übrigen zur übertragung von Drehmomenten geeignet. Die hinteren Enden der die Stativbeine bildenden Zylinder sind durch Universalgelenke gelagert. Den Zylindern wird Fluid zugeführt und von ihnen abgeführt, um die Länge der Beine selektiv zu verkürzen oder zu vergrössern und auf diese Weise das Schneidwerkzeug im wesentlichen in allen Richtungen quer zur Stirnseite des Tunnels zu bewegen.

Gemäss einem Merkmal der Erfindung sind die hinteren Enden der die Stativbeine bildenden Zylinder mit beweglichen Zylin derbüchsen dreier Basiszylinder verbunden. Die Basis zylinder erstrecken sich im wesentlichen in Längsrichtung des Tunnels und weisen Kolbenstangen auf, die in ihrer Lage festgelegt sind. Die Zylinderbüchsen der Basiszylinder bewegen sich sowohl in Längsrichtung der Kolbenstangen und sind um diese drehbar.

Die verschiedenen Zylinder werden selektiv ausgefahren und zurückgezogen, um das Schneidwerkzeug vorwärts und rückwärts zu bewegen. Das Schneidwerkzeug ist gelenkig am Stativkopf befestigt und ist in eine Lage beweglich, in welcher die Schneidkante, welche keilförmig ausgebildet sein kann, im wesentlichen normal zur Tunnelstirnseite liegt. Die verschie denen Zylinder dienen dazu, um das Schneidwerkzeug gegen die

B π 9 a u ι / ru ? 9

567 269

Tunnelstirnseite zu drücken, um Gesteinsabschnitte oder Erdreich herauszulösen.

Das Schneidwerkzeug enthält einen Abschnitt mit verhältnismässig grosser Fläche, wobei das Schneidwerkzeug in eine Stellung bewegt werden kann, in welcher dieser Abschnitt als Schlepplader verwendet werden kann. Befindet sich das Schneidwerkzeug in einer derartigen Stellung, so werden die verschiedenen Zylinder eingefahren, um das Schneidwerkzeug und jegliches lose Erdmaterial, das sich auf seiner Bahn befindet, nach hinten zu einer Verladevorrichtung zu ziehen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der anschliessenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine isometrische Ansicht von oben gegen die Stirnseite und eine Seite einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Erdbearbeitungseinrichtung, wobei das Schneidwerkzeug näherungsweise gegenüber dem rohrförmigen Tunnelvortriebsschild zentriert ist,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, in welcher das Schneidwerkzeug nach vorne, nach oben und zu einer Seite der zentrierten Stellung bewegt wurde,

Fig. 3A eine schematische Darstellung der drei Zylinder der Stativhalterung in einer gemeinsamen Ebene, wobei die relativen Längen der drei Zylinder-Kolben-Anordnungen ersichtlich sind, wenn das Schneidwerkzeug im wesentlichen die in Fig. 1 dargestellte zentrierte Lage einnimmt,

S09843/0U9

269 „ 2 6 1 B S 9

Fig. 3Β eine der Fig. 3A ähnliche Ansicht, in welcher jedoch alle drei Zylinder-Kblben-Anordnungen auf gleiche Länge ausgefahren sind, woraus die Längenänderung der Zylinder ersichtlich ist, die erforderlich ist, um das Schneidwerkzeug, während es noch zentriert ist, nach vorwärts zu bewegen,

Fig. 3C eine den Fig. 3A und 3B ähnliche Ansicht, aus welcher die relative Längenverstellung der drei Zylinder—Kolbenanordnungen ersichtlich ist, welche benötigt wird, um das ausgefahrene Schneidwerkzeug von einer im wesentlichen zentrierten Stellung nach oben zu bewegen,

Fig. 3D eine den Fig. 3A bis 3C ähnliche Darstellung, aus welcher eine Endlage der Längeneinstellung der Zylinder ersichtlich ist, die benötigt wird, um das ausgefahrene, angehobene Schneidwerkzeug zur rechten Seite des Vortriebsschilds zu verschwenken,

Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, in welcher die Befestigung für die Stativhalterung des Schneidwerkzeugs abgeändert ist,

Fig. 5 eine Teilschnittansicht, aus welcher der Aufbau eines BasisZylinders und einer Zylinderbüchse der Schneidwerkzeugsteuerung gemäss Fig. 4 ersichtlich ist,

Fig. 6 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, aus welcher eine dritte Befestigungsart der Stativhalterung .für das Schneidwerkzeug hervorgeht,

Fig. 7 eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung, in welcher eine gegenüber der Fig. 6 abgeänderte Anordnung des Basiszylinders und der Zylinderbüchsen dargestellt ist,

6 0 9 8 4 3 / (K 2 9

Fig. 8 eine isometrische Darstellung in vergrössertem Massstab, wobei ein vorderer Bereich weggeschnitten ist, gesehen von oben mit Blickrichtung gegen die Stirnseite und eine Seite der Tunnelvortriebsmaschine, einer Erdbearbeitungseinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei die Anordnung in Verbindung mit einem ausgekleideten, unmittelbar hinter der Maschine liegenden Tunnelabschnitt gezeigt ist und ferner ein Teil eines Förderers dargestellt ist, welcher das geförderte Erdreich nach hinten aus dem Tunnel bringt,

Fig. 9 einen vertikalen Längsschnitt der Ausführungsform nach Fig. 8, wobei einige Teile im Aufriss gezeigt sind und das Schneidwerkzeug gegenüber dem Vortriebsschild im wesentlichen zentriert ist,

Fig. 10 einen horizontalen Längsschnitt durch das Vortriebsschild, wobei die Erdbearbeitungseinrichtung von oben gesehen ist, und zwar in gleicher Stellung, die in Fig. 9 eingenommen wird,

Fig. 11 eine der Fig. 7 ähnliche Darstellung, wobei jedoch der obere Basiszylinder und die obere Zylinderbüchse der Vorrichtung gemäss den Fig. 8-10 entsprechen,

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreises für einen der Zylindersätze und

Fig. 13 ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung für die drei Speisepumpen der drei Zylindersätze.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Stativhalterung 10 innerhalb des gestrichelt angedeuteten Vortriebsschilds dargestellt. Die Stativhalterung 10 besteht aus einem Stativkopf 14 und drei

6 0 9 8 U / (K 2 9

567 269 _ς 2 6 1 h 5 9

Stativschenkeln 16, 18, 20. Die drei Stativschenkel werden durch doppelt wirkende Hydraulikzylinder gebildet. Die gabelartigen, vorderen Enden 22, 24, 26 der Zylinder 16, 18, 20 sind gelenkig mit Ansätzen 28, 30, 32 des Stativkopfs durch Schwenkzapfen 34, 36, 38 oder dergleichen verbunden. Die Schwenkzapfenverbindungen gestatten eine Relativbewegung um auf Sehnen angeordneten Achsen, d. h. die Achsen der Schwenkzapfen 34, 36, 38. Die Schwenkverbindungen gestatten im übrigen die übertragung von Drehmomenten.

An den hinteren Enden der Zylinder 16, 18, 20 sind Universalgelenke vorgesehen. Bei der Ausführung der Pig. I und 2 sind an den hinteren Enden der Zylinder 16, 18, 20 Kugelglieder 40, 42, 44 vorgesehen, welche in Halterungen 46, 48, 50 aufgenommen werden, die an den Seitenbereichen des Vortriebsschilds 12 befestigt sind.

Da die Stativhalterung 10 nur drei Stativbeine besitzt, liegen die Mittelpunkte der Gelenkverbindungen 40, 46; 42, 48 und UO₃ 50 notwendigerweise auf einer gemeinsamen Ebene. Vorzugsweise ist diese Ebene eine Radialebene.

Das Schneidwerkzeug 52 besteht vorzugsweise aus einem breiten, klingenähnlichen Element, welches eine bogenförmige Schneidkante 54 mit vorzugsweise keilförmigem Querschnitt aufweist. Gemäss einer typischen, jedoch nicht einschränkend zu betrachtenden Ausführungsform ist das Schneidwerkzeug 52 am vorderen Ende eines Arms 55 befestigt, welcher gelenkig mit dem Stativkopf 14 verbunden ist, so dass er eine Schwenkbewegung um eine quer· zum Tunnel liegende Achse ausführen kann. Ein kleiner, doppelt wirkender Zylinder 56 ist zwischen einem hinteren Abschnitt 58 des Stativkopfs 14 und einem Steuerhebelabschnitt 60 angeordnet, welcher

8C9843/0U9

sich vom Arm 55 wegerstreckt. Bei Betrieb der Einrichtung wird ein hydraulisches Medium selektiv in die Arbeitskammern der Zylinder 16, 18, 20 zugeführt bzw. von diesen abgezogen, um die Stativhalterung 14 auszufahren und einzuziehen und ferner um sie nach oben und unten und seitlich zu bewegen.

Die Fig. 3A zeigt die drei Zylinder 16, 1.8, 20 seitlich nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene. Dank der Auswahl der Befestigungspunkte der hinteren Enden der Zylinder 16, 18, 20 am Vortriebsschild 12 sind die beiden seitlichen Kolben-Zylinder-Anordnungen 18, 20 im gleichen Umfang ausgefahren, und die obere Kolben-Zylinder-Anordnung 16 ist geringfügig weiter ausgefahren, wenn die Stativhalterung I¹I und das an ihr befestigte Schneidwerkzeug 52 innerhalb des

Vortriebsschilds 12 im wesentlichen zentriert sind.

Gemäss Fig. 3B müssen alle drei Zylinder 16, 18, 20 weiter ausgefahren werden, falls die Stativhalterung Ik mit dem Schneidwerkzeug 52 lediglich vorwärts bewegt werden soll. Ist es anschliessend erwünscht, die Stativhalterung 14 und das Schneidwerkzeug 52 anzuheben, so kann dies geschehen, indem lediglich einer der beiden seitlichen Zylinder 18, 20 weiter ausgefahren wird, wobei unterstützend ein Einziehen des oberen Zylinders 16 (Fig. 3C) erfolgen kann. Um die Stellung gemäss Fig. 2 zu erhalten, wird der rechte seitliche Zylinder um eine beträchtliche Strecke eingezogen und der obere Zylinder 16 wird in einem geringerem Umfang (Fig. 3D) eingezogen. Dadurch wird eine seitliche Bewegung der Stativhalterung erzeugt, und das Schneidwerkzeug 56 bewegt sich nach rechts gegen das Vortriebsschild.

Der Zweck der Fig. 3A bis 3D ist es, schematisch die verschiedenen Relativbewegungen der Zylinder 16, 18, 20 darzustellen, die erforderlich sind, um das Schneidwerkzeug 52 von der in Fig. 1 gezeigten Stellung in die in Fig. 2 gezeigte Stellung

6 0 9 8 4 3/ U7S - 7

567 269 <g

261559V

zu bewegen. Selbstverständlich brauchen diese Bewegungen nicht in der beschriebenen Weise schrittartig zu erfolgen, sondern können in der Praxis in einem einzigen kontinuierlichen Schritt erfolgen. Die Diagramme 3B bis 3D zeigen die schrittweise Ausfahr- bzw. Einziehbewegung der Zylinder 16, 18, 20. Im tatsächlichen Betrieb werden die schrittweisen Bewegungen eines jeden Zylinders vorzugsweise algebraisch addiert, um eine einzige Einzieh- oder Ausfahrbewegung für jeden Zylinder 16, 18, 20 zu erhalten, welche zu einer Bewegung des Stativkopfs 14 von seiner Ausgangslage in eine gewünschte neue Stellung führt.

Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung entspricht im wesentlichen jener der Fig. 1 und 2 mit der Ausnahme, dass die hinteren Enden der Zylinder 16, 18, 20 durch Haltezapfen 62, 64, 66 mit verschiebbar angeordneten Zylinderbüchsen 68, 70, 72 dreier Basiszylinder 74, 76, 78 verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform sind die entgegengesetzten Enden der Kolbenstangen 80, 82, 84 an der Seitenwand des Vortriebsschilds 12 befestigt. Die Basiszylinder 74, 76, 78 sind ebenfalls doppelt wirkende Zylinder. Sie sind in Längsrichtung des Vortriebsschilds 12 parallel zueinander angeordnet. Die Zylinderbüchsen 68, 70, 72 sind sowohl drehbar wie längs der Kolbenstangen 80, 82 und 84 verschiebbar. Diese Drehung, verbunden mit der Schwenkbewegung um die Achsen 62, 64, 66, liefert eine einem Universalgelenk entsprechende Befestigung für die hinteren Enden der vorderen Zylinder 16, 18, 20. Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber jener der Fig. 1 und 2 liegt darin, dass die Lage der hinteren Enden der Zylinder 16, 18, 20 nach vorne und hinten verschoben werden kann, um die Bewegung des Schneidwerkzeugs 52 zu vergrössern.

6 0 9 8 h 3 / 0 k 2 9

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt des oberen Basiszylinders 7¹* und des zugeordneten vorderen Zylinders 16. Vorzugsweise sind die anderen beiden Sätze aus Basiszylinder und vorderem Zylinder identisch aufgebaut, so dass sie nicht eigens dargestellt wurden.

Die vorderen und hinteren Enden der Kolbenstange 82 sind mit Hilfe von Haltezapfen bei 86, 88 an vorderen und hinteren Halterungen 90» 92 befestigt, die am Vortriebsschild 12 angeschweisst oder in anderer Weise befestigt sind. An der Kolbenstange 82 ist im mittleren Bereich derselben ein Kolben 92 befestigt, welcher den Innenbereich der Zylinderbüchse 68 in zwei Kammern unterteilt, wovon jeweils eine an der einen und anderen Kolbenseite liegt. Die vordere Kammer 96 ist mit einer Zu- bzw. Ableitung 98' und die hintere Kammer 100 mit einer Zu- bzw. Ableitung 102 versehen. Wie ersichtlich, wird bei einer Zufuhr des Hydraulikmediums in die Kammer 100 und Abzug desselben von der Kammer 90 die Zylinderbüchse 68 längs der Kolbenstange 82 nach hinten bewegt. Wird die Richtung der Zufuhr und des Abzugs des Hydraulikmediums umgekehrt, so wird die Zylinderbüchse 68 längs der Kolbenstange 82 nach vorne bewegt. Die Kolbenstange des vorderen Zylinders 16 ist ebenfalls mit einem Kolben 10¹J versehen, welcher den Zylinder 16 in eine vordere Kammer 106 und eine hintere Kammer 108 unterteilt. Die vordere Kammer 106 enthält eine Zu- bzw. Ableitung 110 und die hintere Kammer 108 eine Zu- bzw. Ableitung 112. Wie ersichtlich, wird bei Zufuhr eines Hydraulikmediums in die Kammer 108 und Abzug desselben aus der Kammer 106 der Kolbenstangenabschnitt des Zylinders ausgefahren und die Stativhalterung 14 nach vorne bewegt. Wird die Strömungsrichtung des Hydraulikmediums umgekehrt, so wird die Kolbenstange eingefahren und die Stativhalterung I¹I nach hinten bewegt.

609843/0 4 29

Die beiden Zylinder 16, 68 können unabhängig voneinander betätigt werden oder können in Reihe geschaltet sein, so dass sie immer zusammen betrieben werden, wie dies anschliessend in Verbindung mit der nächsten Ausführungsform näher erläutert wird.

Die Anordnung nach Fig. 6 ist wie die Anordnung der Fig. aufgebaut mit der Ausnahme, dass die hinteren Enden der Kolbenstangen 80, 82, 84 nicht durch eine momentübertragende Verbindung 115 mit einer gemeinsamen Halterung 114 verbunden sind. Sin Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass es möglich ist, die hintere Kante 116 des Vortriebsschilds 12 vor den hinteren Enden der Basiszylinder 74, 76, 78 (siehe Fig. 9 und 10) anzuordnen. Wenn die hinteren Enden der Kolbenstangen 80, 82, 84 der Basiszylinder mit dem Vortriebsschild 12 verbunden sind, ist es erforderlich, die Erstreckung des Vortriebsschildes nach hinten mindestens bis zur Lage der hinteren Befestigungspunkte zu bemessen. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 (und gemäss den Fig. 8 bis 10) kann die hintere Kante II6 des Vortriebsschilds 12 erheblich vor der Halterung 114 liegen.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, ist bei der Ausführungsform nach Fig. 6 die hintere Kammer eines jeden vorderen Zylinders in Strömungsverbindung mit der vorderen Kammer des zugehörigen Basiszylinders, d.h. die beiden Zylinder sind in Reihe geschaltet. Diese Anordnung wird nunmehr im einzelnen in Verbindung mit dem oberen Satz des vorderen Zylinders l6 und des Basiszylinders 74 beschrieben. Der Kolben II8 des vorderen Zylinders teilt den vorderen Zylinder in eine vordere Kammer 120 und eine hintere Kammer 122 auf. Ein Kolben 124 an der Kolbenstange 80 des Basiszylinders teilt den Basiszylinder in eine vordere Kammer

.- 10 -

8 4 3/0429

Αλ

126 und eine hintere Kammer 128 auf.

Die vordere Kammer 120 des vorderen Zylinders 16 ist mit einer Zu- bzw. Ableitung 130 versehen. Eine quer verlaufende Leitung verbindet die hintere Kammer.122 des vorderen Zylinders 16 und die vordere Kammer 126 des Basis Zylinders 7¹*· Die hintere Kammer 128 des Basis Zylinders 7*1 ist mit einer Zu- bzw. Ableitung 13^ versehen. Wird nun Hydraulikmedium durch die Leitung 13*1 der Kammer 128 zugeführt und aus der Kammer 120 über die Leitung 130 abgezogen, so wird der Basiszylinder 74 längs der Kolbenstange 80 nach hinten bewegt. Bei seiner Bewegung gelangt das Medium in der Kammer 126 über die Leitung 132 in die Kammer 122 und veranlasst eine Vorwärtsbewegung des Zylinders 16 längs seiner Kolbenstange. Eine Umkehr der Strömungsrichtung durch die Leitungen 130, 13¹I verursacht eine Bewegung der beiden Zylinder in entgegengesetzter Richtung. Der Betrieb der beiden Zylinder 16, 7** wird anschliessend in Verbindung mit den Fig. 12 und 13 näher beschrieben.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen eine Erdbearbeitungseinrichtung der in Verbindung mit Fig. 6 beschriebenen Ausbildung, die im Inneren eines Vortriebsschilds 12 angeordnet ist, welches im wesentlichen dem Vortriebsschild der vorausgehend genannten US-PS 3 556 599 entspricht.

Das Vortriebsschild 12 enthält eine Anzahl Pressen 136, welche durch doppelt wirkende Hydraulikzylinder gebildet werden, deren Zylinderabschnitte fest mit einem zentralen Rahmenabschnitt des Vortriebsschilds 12 verbunden sind. Die Pressen 136 weisen nach hinten ausfahrbare Kolbenstangen auf, welche in Anlage mit einem kräftigen ringförmigen Träger 138 stehen. Bei der Vorwärtsbewegung des Vortriebs-

- 11

0 9 8 4 3/0

567 269 . 2 6 1 R B 9

It

schilds 12 wird in üblicher Weise die Tunnelauskleidung aufgerichtet. Die Tunnelauskleidung 140 wird kontinuierlich nach vorne verlängert, während sich das Vortriebsschild 12 nach vorne bewegt. Die dargestellte Tunnelauskleidung besteht aus Tübbingringen, die stirnseitig im Tunnel miteinander verbunden werden. Jeder Ring setzt sich aus einer Anzahl bogenförmiger Abschnitte zusammen. Der ringförmige Träger 138 stützt sich gegen den vordersten Ring der Tunnelauskleidung 140 ab. Bei der Ausfahrbewegung der Pressen I36 drücken diese nach hinten gegen den ringförmigen Träger 138, welcher sich seinerseits gegen die unbewegliche Tunnelauskleidung I¹JO abstützt. Dadurch werden das Vortriebsschild 12 und die von diesem getragene Erdbearbeitungseinrichtung gegenüber der Tunnelauskleidung 140 nach vorne bewegt. Nachdem das Vortriebsschild 12 eine Strecke nach vorne gedrückt wurde, die näherungsweise einem vollen Hüb der Pressen 136 entspricht, werden die Pressen 136 eingefahren, wobei der ringförmige Träger 138 nach vorne gezogen wird. Anschliessend wird ein neuer Ring der Tunnelauskleidung in dem vor dem letzten Ring liegenden Bereich aufgebaut, und zwar innerhalb des Raums, der zwischen dem letzten Ring und dem nach vorne geschobenen ringförmigen Träger I38 liegt. Durch das Vortriebsschild 12 wird das Erdreich an der Stirnseite des Tunnels im Bereich der Erdbearbeitungseinrichtung abgestützt, während die Tunnelauskleidung den Tunnel im Bereich hinter dem Vortriebsschild 12 abstützt.

Die kraftbetriebene Erdbearbeitungseinrichtung 10" wird sowohl zur Bearbeitung der Tunnelstirnseite wie auch zum Abziehen des gelösten Gesteins nach hinten und längs einer Rampe 142 nach oben verwendet, von welcher das Gestein auf einen endlosen Förderer 144 oder dergleichen abgegeben wird.

- 12 4 3/0429

Der Förderer I¹I¹I bewegt das Material nach hinten und gibt es an Wagen oder an eine andere Vorrichtung zum Austragen des Materials, beispielsweise einen weiteren Förderer, ab.

Beim Betrieb der Erdbearbeitungseinrichtung 10" werden die verschiedenen Zylinder in geeigneter Weise betrieben, um das Schneidwerkzeug 52 gegenüber der Tunnelstirnseite in die gewünschte Lage zu bringen. Das Schneidwerkzeug 52 selbst ist so angeordnet, dass seine Schneidkante 54 gegen die Tunnelstirnseite gerichtet ist. Dann werden die vorderen Zylinder und gegebenenfalls auch die Basiszylinder ausgefahren, um die Schneidkante 54 in die Tunnelstirnseite zu drücken, so dass Gesteinsteile herausgelöst werden. Nachdem eine beträchtliche Menge Gesteinsmaterial sich im unteren Bereich der Rampe 142 gesammelt hat, wird der Kolben 56' eingefahren, um den flachen Abschnitt des Schneidwerkzeugs 52 in eine gestrichelt in Fig. 9 dargestellte Beladestellung zu bringen. Anschliessend werden die vorderen und/oder Basiszylinder eingefahren, so dass das Schneidwerkzeug 52 als eine mit Schleppwirkung arbeitende Beladevorrichtung für den Förderer 144 dient.

Wie ersichtlich, dienen der Zylinder 56' und das Betätigungs gestänge l60 zur einstellbaren Befestigung des Schneidwerkzeugs 52 in zwei verschiedenen Stellungen, d.h. einer Schneidstellung und einer Beladestellung. Das System der Zylinder Io·, 18», 20', 74', 76', 78» dient zur Bewegung des Schneidwerkzeugs 52 nach vorne gegen die Ortsbrust, zum Verschwenken des Schneidswerkzeugs 52 nach oben oder unten und/oder seitlich, zum Andrücken der Schneidkante 54 gegen die Ortsbrust, zur Einstellung des Schneidwerkzeugs 52 zum Beladen und zum Zurückziehen des Schneidwerkzeugs zur Durchführung des Beladevorgangs.

- 13 -609843/0429

567 269 _AU 2615R97

Wie ersichtlich, wird durch die Verwendung der Halte- und Antriebszylinder gemäss der Erfindung beträchtlicher Arbeit splat zraum eingespart. Gemäss den Fig. 8-10 wird der Raum, welcher das Stativ der Basiszylinder umgibt, niemals von irgendeinem Teil der Erdbearbeitungseinrichtung eingenommen, und es ist ein erheblicher Raum im Inneren des durch die Basis zylinder gebildeten Stativs vorhanden, da das durch die vorderen Zylinder gebildete Stativ nur einen verhältnismässig geringen Platzbedarf hat.

Das Vortriebsschild 12 ist mit Pronttüren D ausgestattet, die entsprechend der vorausgehend genannten US-PS 3 556 ausgebildet sind. Diese Türen bilden keinen Teil der Erfindung und werden nicht mehr weiter beschrieben.

Eine Tunnelvortriebsmaschine gemäss der vorliegenden Erfindung weist eine wesentlich grössere Leistung als die Maschine gemäss der genannten US-PS 3 556 599 auf, obwohl sie eine kleinere Erdbearbeitungseinrichtung besitzt. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 8-10 werden alle sechs Zylinder zusammen betätigt, um das Schneidwerkzeug seitlich und/oder aufwärts und abwärts sowie nach vorne zu bewegen. Das Schneidwerkzeug 52 kann Beton oder Gestein mit ähnlicher Härte aufbrechen. Beim Schneiden ist das Schneidwerkzeug 52 derart ausgerichtet, dass es randseitig in die Ortsbrust eindringt, und die Zylinder werden durch hydraulische Kraft betätigt, um das Schneidwerkzeug randseitig zu bewegen. Es wirken im wesentlichen axiale Kräfte auf die Zylinder ein, wenn sie ausgefahren werden, um das Schneidwerkzeug 52 gegen die Ortsbrust zu drücken.

Ein Ventilsystem ist erforderlich, welches selektiv zur Füllung und Leerung der Zylinder betrieben werden kann,

- 11} -

6 0 9 8 U3 / 0 kl 9

56? 269 4g 261 ^Γ> 5 9

wie dies vorausgehend beschrieben wurde, um die gewünschte Funktion zu erzielen. Es ist offensichtlich, dass das Ventilsystem abhängig von der jeweiligen Anlage unterschiedlich ausgebildet sein kann. Als Ausführungsbeispiel, welches nicht in einschränkendem Sinne zu verstehen ist, zeigen die Fig. 12 und 13 schematische Schaltungen eines Steuersystems zur Verbindung mit den Ausführungsformen nach den Fig. 8-10. Fig. 12 ist eine schematische Schaltung eines Hydraulikkreises, welcher für jeden aus vorderem Zylinder und Basiszylinder bestehendem Zylindersatz vorgesehen ist, d.h. jeder der anderen Zylindersätze weist einen identischen hydraulischen Schaltkreis auf. Fig. 13 zeigt ein schematisches Schaltbild der Steuerung für die drei Pumpen, die im hydraulischen Schaltkreis für den vorderen Zylinder und den Basiszylinder vorhanden sind sowie für die Pumpe, die sich im hydraulischen Schaltkreis des Zylinders 56' befindet.

Gemäss Fig. 13 ist eine Steuerung für eine erste Achse einer Zwei-Achsen-Steuervorrichtung 160 mit ersten Spulen 162 für die elektrohy draulis chen Pumpensteuerungen fi'r jede Pumpe P verbunden. Di<. Steuerung für die erste Achse steuert die gleichzeitige Vorwärts- und Rückwärtsbewegung aller Zylinder. Die Steuerung für die zweite Achse der Steuervorrichtung kann mit einer Steuerspule I63 für die Pumpe verbunden sein, welche den Zylinder 56 zum Verschwenken der Schneidkantenebene versorgt. Die Steuerung für eine erste Achse einer zweiten Zwei-Achsen-Steuervorrichtung I6I ist zweckmässig mit zweiten Steuerspulen 165 für die beiden zweiten Zylindersätze mit umgekehrter Polarität verbunden. Die Steuerung für die zweite Achse der Steuervorrichtung !öl ist zweckmässig mit der zweiten Steuerspule I67 für den oberen Zylindersatz verbunden.

- 15 -

6098 43/0 4 29

567 269 „ 2 6 1 H 5 9

Gemäss Fig. 12 ist eine der umsteuerbaren Pumpen P mit variabler Verdrängung mit einem elektrischen Antriebsmotor 168 ausgestattet. Beispielsweise kann als Pumpe eine Pumpe der Sundstrand Corporation, Ames, Ohio, verwendet werden, gemäss Seiten 25 und 26 des Prospekts No. 9582-A (Januar 1972).

Die Pumpe P enthält eine Ladepumpe 170 und eine Steuerzylindereinheit 172, wie sie in dem genannten Prospekt beschrieben sind. Jede Steuervorrichtung 162, I63, I65, I67 kann wie eine Spule in der elektrischen Servosteuervorrichtung 62— 500 von MOOG ausgebildet sein.

Der hydraulische Schaltkreis ist vorzugsweise mit einem Hauptschleifenfüllsystem 174 der dargestellten Art ausgestattet, und zwar in Verbindung mit dem Motor mit variabler Verdrängung gemäss dem genannten Prospekt 9582-A. Der hydraulische Schaltkreis weist ferner eine Synchronisiervorrichtung 176 für den vorderen Zylinder 16' und den Basiszylinder 74' auf. Das Volumen der Kammer 120 entspricht vorzugsweise dem Volumen der Kammer 128 und das Volumen der Kammer 122 jenem der Kammer 126. Bei kontinuierlichem Betrieb der Erdbearbeitungseinrichtung wird ein gewisses Lecken aus den Kammern 122, 126 auftreten. Die Vorrichtung 176 gleicht jeden Fluidverlust während des Einziehens der Zylinder aus. Geht Fluid verloren, so erreicht der Kolben 124 den Zylinderboden vor dem Kolben II8. Tritt dies ein, so bewegt der Hochdruck in der Leitung 34 das Ventil 178, wodurch ein Teil des Fluids das überdruckventil 180 öffnet und eine Strömung durch die Leitung I82 zur Leitung 132 ermöglicht. Sobald Fluid in die Leitung 132 gelangt, tritt sie in die Kammer 122 ein und führt den Hub des Kolbens II8 zu Ende, wobei gleichzeitig

- 16 -

609843/0429

verlorengegangenes Fluid ersetzt wird.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen dar und die gegenwärtig beste Realisierung der Erfindung. Jedoch kann die tatsächliche Ausführung der Maschine beträchtlich von der gezeigten Darstellung abweichen und der Rahmen der Erfindung wird durch die anliegenden Ansprüche festgelegt. Obwohl die Erdbearbeitungseinrichtung beispielsweise mit drei Zylindern in der Stativanordnung dargestellt ist, können erfindungsgemäss auch mehr Zylinder verwendet werden. Daher wird im Patentanspruch auf "mindestens drei Zylinder" Bezug genommen, was besagt, dass drei oder mehr Zylinder je Vorrichtung verwendet werden können. Obgleich die Erfindung in Verbindung mit einer Schildvortriebsmaschine zum Ausheben eines horizontalen Tunnels dargestellt wurde, ist die erfindungsgemässe Maschine nicht notwendigerweise richtungsmässig orientiert, was bei Auslegung der Ansprüche zu beachten ist.

- 17 -

6098 4 3/0 4 29

Claims

269 9. April 1976

Λ2

Patentansprüche

1. Erdbearbeitungseinrichtung für eine Tunnelvortriebsy maschine, welche während der Schürfarbeit im Tunnel vorwärts bewegt wird, gekennzeichnet durch ein Schneidwerkzeug (52), eine Stativhalterung (10, 10') für das Schneidwerkzeug, welche aus einem Stativkopf (14) und mindestens drei doppelt wirkenden Hydraulikzylindern (16, 18, 20; 16», 18', 20') besteht, die drei Stativ- und Antriebsbeine variabler Länge bilden, wobei jeder Zylinder ein vorderes und hinteres Ende aufweist und eine Einrichtung vorhanden ist, um die vorderen Enden der Zylinder mit dem Stativkopf zur Aufnahme des Schneidwerkzeugs zur Schwenkbewegung um sehnenartig angeordnete Achsen zu verbinden, diese Einrichtung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen dem Stativkopf und den Zylindern geeignet ist, die Zylinder sich während des Betriebs von dem das Schneidwerkzeug tragenden Stativkopf (14) voneinander divergierend nach hinten erstrecken und die hinteren Enden der Zylinder mittels Universal-Gelenkverbindungen gelagert sind und während des Betriebes selektiv ausgefahren und eingezogen werden, um das Schneidwerkzeug nach vorwärts und rückwärts und im wesentlichen in jeder Richtung quer zur Tunnelstirnseite zu bewegen, wobei ferner eine Einrichtung (55) zur Befestigung des Schneidwerkzeugs (52) am Stativkopf (14) vorhanden ist.

- 18 -

3/0429

567 269

Tunnelvortriebsmaschine mit einem rohrförmigen Vortriebsschild, welches während der Schürfarbeiten im Tunnel vorwärts bewegt wird, gekennzeichnet durch eine Erdbearbeitungseinrichtung, welche ein Schneidwerkzeug (52) und eine Stativhalterung (10) für das Schneidwerkzeug aufweist, wobei die Stativhalterung mindestens drei doppelt wirkende hydraulische Zylinder (16, 18, 20; 16¹, l8^f, 20') zur Einstellung des Schneidwerkzeugs aufweist, welche Halte- und Antriebsbeine variabler Länge bilden, jeder der Zylinder ein vorderes und hinteres Ende besitzt und eine Einrichtung vorhanden ist, welche die vorderen Enden der Zylinder mit der Stativhalterung zur Schwenkbexvegung um sehnenartig verteilte Achsen verbindet und diese Einrichtung Drehmomente zwischen der Stativhalterung (14) und den Zylindern überträgt, wobei sich die Zylinder ausgehend von der Stativhalterung divergierend ^ach hinten erstrecken, eine Einrichtung (55) zur Befestigung des Schneidwerkzeugs am Stativkopf (14) vorgesehen ist und die Einrichtung zur Befestigung der Stativhalterung am rohrförmigen Vortriebsschild eine Einrichtung (42, 44, 46) zur Befestigung der hinteren Enden der Zylinder zur Durchführung einer allseitigen Schwenkbewegung aufweist und eine hydraulische Steuervorrichtung zur Zuleitung und Ableitung eines Hydraulikmediums vorhanden ist, um die doppelt wirkenden Hydraulikzylinder selektiv aus- und einzufahren, um das Schneidwerkzeug vorwärts, rückwärts und im wesentlichen in allen Querrichtungen zur Tunnelstirnseite zu bewegen.

19 -

6 0 9 8 k 3 / 0 4 2 9

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (56, 60) zur Befestigung des Schneidwerkzeugs (52) am Stativkopf (14) zur Schwenkbewegung um eine quer zum Tunnel liegende Achse und durch eine Einrichtung (56, 56') zur einstellbaren Befestigung des Schneidwerkzeugs in seiner Lage gegenüber dem Stativkopf (lh).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (52) eine längliche, keilförmige Schneidkante (5¹O hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer (16, 16') der doppelt wirkenden Hydraulikzylinder der Stativhalterung (10, 10') eine zentrale obere Position einnimmt und die übrigen beiden (18, 18'; 20, 20') doppelt wirkenden Hydraulikzylinder Seitenstellungen einnehmen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Universalgelenkverbindung (42, 44, 46), welche die hinteren Enden der Zylinder mit umfangsseitig verteilt angeordneten Bereichen an einem rohrförmigen Vortriebsschild einer Tunnelvortriebsmaschine verbindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch drei Basiszylinder (74, 76, 78; 74', 76', 78'), wovon jeder eine Kolbenstange (80, 82, 84; 80', 82', 84') aufweist, die mit dem Vortriebsschild verbunden ist, sowie eine Zylinderbüchse, welche um die Kolbenstange drehbar und bezüglich dieser längs verschiebbar ist, wobei die hinteren Enden eines jeden Zylinders (16, 18, 20; 16', 18', 20') schwenkbai mit der Zylinderbüchse des zugeordneten Basiszylinders verbunden ist.

- 20 -

6098 4 3/0429

269 _%Jt 26 IH

8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (16·, 18', 20') zur Einstellung des Schneidwerkzeugs in Reihe mit seinem zugeordneten Basiszylinder (74', 76', 78») verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kolbenstangen (80) der Basiszylinder (71, 76, 78) axial des Vortriebsschilds und parallel zueinander erstrecken.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Basiszylinder (74·, 76', 78') nach hinten gegeneinander konvergieren und ebenfalls eine Stativanordnung bilden und jeder Basiszylinder aus einem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder besteht und eine feststehende Kolbenstange (80^f, 82', 84') aufweist, deren vorderes Ende mit dem Vortriebsschild (12) verbunden ist, während ein Verbindungselement (114) mit den hinteren Enden der Kolbenstangen der Basiszylinder verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Vortriebsschild (12) eine hintere Kante aufweist, welche axial vor dem Verbindungselement (114) liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Bewegung des Schneidwerkzeugs (52) gegenüber dem Stativkopf (14) aus einem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder (56, 56') besteht, welcher zwischen dem Schneidwerkzeug und dem oberen zentralen Schneidwerkzeug-Einstellzylinder (16, 16·) liegt.

13· Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung zum selektiven Ein- und Ausfahren der vorderen Zylinder (16, 18, 20; 16', 18', 20') und der

- 21 -609843/0429

2 6 1 Fi B 9 269

Basiszylinder (7²I, 76, 78; 7¹+', 76', 78') zwecks einer Bewegung des Schneidwerkzeugs nach vorne und nach hinten und im wesentlichen allen Richtungen quer zur Tunnelstirnseite .

- 22 -

609843/0Λ29

Leerseite