DE2736398A1

DE2736398A1 - Messerschild

Info

Publication number: DE2736398A1
Application number: DE19772736398
Authority: DE
Inventors: Herbert Heitkamp
Original assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1979-02-22
Also published as: ES472513A1; JPH0223676B2; FR2400109B1; US4224004A; JPS5431935A; DE2736398C2; AT352775B; CH628707A5; FR2400109A1; ATA59478A

Description

Die Erfindung betrifft einen Messerschild mit an einem gemeinsamen Stutzrahmen abgestutzten, zur Ausbruchswandung abspreizbaren und mittels Pressen vorpreßbaren Vortriebemessern, die einen den Ausbruchsraum sichernden Schildmantel bilden.

Messerschilde werden beim Vortrieb von Tunneln, Stollen oder sonstigen unterirdischen Hohlräumen im Erdreich eingesetzt. Beim Einsatz der Messerschilde stellt sich das Problem der Richtungssteuerung, wenn z.B. unterirdische Bauwerke mit Kurven aufgefahren oder bei einem Verlaufen des Schildes Richtungskorrekturen vorgenommen werden müssen. In der Praxis erfolgt die Richtungssteuerung bzw. die Lenkbewegung bei den bekannten Mess er Schilden in der Weise, daß auf derjenigen Schildeeite, zu der hin der Schild gesteuert werden soll, mehrere Vortriebsmesser gleichzeitig vorgepreßt werden. Die sich an dem gemeinsamen Stützrahmen abstützenden hydraulischen Pressen dieser Messergruppe bewirken dabei eine Verkantung und Schräg-

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Stellung des Stutzrahmens, so daß sich der Stützrahmen und mit ihm die Vortriebsmesser zu derjenigen Seite hin schräg stellen, an welcher die Messergruppe vorgepreßt wird. Es versteht sich, daß diese Methode der Richtungssteuerung höchst ungenau und unzuverlässig ist und keine exakten Steuerbewegungen zuläßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Richtungssteuerung bzw. die Lenkbarkeit eines Messerschildes zu verbessern und damit die Möglichkeit zu schaffen, möglichst exakte Steuerbewegungen und Richtungskorrekturen durchzuführen.

Die Erfindung besteht in ihrem Grundgedanken darin, daß am Schildmantel gegenüberliegende Vortriebsmesser nach Art einer Spurstange derart gekoppelt sind, daß beim Ausspreizen des einen Vortriebsmessers gegen die Ausbruchswandung das gegenüberliegende Vortriebsmesser zwangsläufig in Gegenrichtung eingefahren wird.

Erfindungsgemäß wird also die radiale Spreizbarkeit der Vortriebsmesser zur Richtungssteuerung nutzbar gemacht, indem jeweils am Schildmantel diametral gegenüberliegende Vortriebsmesser nach Art einer Spurstange gekoppelt werden, so daß die gekoppelten Vortriebsmesser gleichsinnig in die gewünschte Richtung gesteuert werden. Dabei behalten die gekoppelten Vortriebsmesser bei der Durchführung von Richtungsänderungen oder Richtungekorrekturen ihre zumindest angenäherte Parallellage zwangsläufig bei. Es empfiehlt sich, die Kopplung der Vortriebsmesser nach Art einer hydraulischen Spurstange auszubilden, obwohl gegebenenfalls auch eine mechanische Kopplung od.dgl. vorgenommen werden könnte. Bei der hydraulischen Kopplung sind die Vortriebsmesser mittels hydraulischer Spreizzylinder gegenüber dem Stützrahmen ausspreizbar,

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wobei die Spreizzylinder der am Schildmantel jeweils gegenüberliegenden Vortriebsmesser im Sinne einer gegenläufigen Stellbewegung hydraulisch gekoppelt sind. Dies bedeutet, daß beim Abspreizen des einen Vortriebsmessers gegen die Ausbruchswandung das andere Vortriebsmesser zwangsläufig in entsprechendem Maße eingefahren, also von der Ausbruchswandung abgehoben wird. Durch entsprechende Steuerung der Spreizzylinder der anderen, ebenfalls nach Art einer hydraulischen Spurstange gekoppelten Vortriebsmesser des Messerschildes läßt sich auf diese Weise eine genaue Richtungssteuerung erreichen.

Es empfiehlt sich, sämtliche Vortriebsmesser des Messerschildes paarweise in der genannten Art zu koppeln, wobei die Messer eines jeden gekoppelten Messerpaares am Schildmantel einander gegenüberliegen. Obwohl es zweckmäßig ist, die Vortriebsmesser paarweise zu koppeln, wäre gegebenenfalls auch eine Kopplung von Messergruppen, die z.B. jeweils zwei Vortriebsmesser umfassen, nach Art einer Spurstange möglich.

Die zwangsweise Kopplung der Vortriebsmesser nach Art der hydraulischen Spurstange läßt sich in vorteilhafter Weise steuerungstechnisch so verwirklichen, daß jeweils die gekoppelten Spreizzylinder über Stromregelventile mengen- bzw. wegabhängig in Ausspreizrichtung beaufschlagbar sind. Anstelle der Stromregelventile kann aber auch mit einer dosierten Beaufschlagung der gekoppelten Spreizzylinder unter Verwendung eines Dosierzylinders gearbeitet werden. Dabei läßt sich z.B. der eine Zylinderraum des Dosierzylinders mit dem einen Spreizzylinder und der andere Zylinderraum des Dosierzylinders mit dem anderen Spreizzylinder verbinden. In sämtlichen vorgenannten Fällen empfiehlt es sich, diejenigen Zylinderräume der gekoppelten hydraulischen Spreizzylinder, deren Volumen

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sich beim Ausspreizen der Vortriebsraesser gegen die Ausbruchswandung vermindert, kommunizierend zu verbinden. Wesentlich in allen vorgenannten Fällen ist, daß die als zeit-, mengen- oder wegabhängige Steuerung arbeitende hydraulische Steuerung der gekoppelten Messerpaare so ausgelegt ist, daß beim Ausspreizen des einen Vortriebsmessers gegen die Ausbruchswandung das andere Vortriebsmesser zwangsläufig um das gleiche Maß eingefahren wird. Um hierbei auch noch eine individuelle Beaufschlagung der gekoppelten Spreizzylinder für die Durchführung von Korrekturen zu ermöglichen, wird zweckmäßig eine Zusatzventilvorrichtung verwendet, mit der die beiden hydraulisch gekoppelten Spreizzylinder bei Bedarf auch unabhängig voneinander beaufschlagt werden können. Diese Zusatzventilvorrichtung kann ihrerseits Stromregelventile aufweisen.

In baulicher Hinsicht empfiehlt es sich, einen Stützrahmen zu verwenden, der aus zwei im Nachziehschritt vorbewegbaren, über Vorschubpressen od.dgl· gekoppelten Stützrahmenteilen besteht. Dies ermöglicht es, die beiden Stützrahmenteile in aufeinanderfolgenden Schritten vorzubewegen, wobei der jeweils stehende Stützrahmenteil zusammen mit den Vortriebsmessern das Widerlager für den die Vorschubbewegung ausführenden Stützrahmenteil bildet. Da die Stützrahmenteile von den Spreizkräften der Spreizzylinder belastet sind, wird auf diese Weise ein störungsfreies Nachholen des Stützrahmens gewährleistet. Bs empfiehlt sich im übrigen, beide Stutzrahmenteile mit Spreizzylindern für die Vortriebsmesser zu versehen. Außerdem werden die Stützrahmenteile zweckmäßig über drehsohlUssig ineinandergefUhrte Verschiebeführungen gekoppelt, die ein Verdrehen und ein Verkanten der Stützrahmenteile gegen einander verhindern. Die Verschiebeführungen werden vor-

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zugsweise kastenförmig ausgebildet, wobei die Kastenteile die hydraulischen Vorschubpressen aufnehmen können.

Die Vortriebsmesser werden zweckmäßig von Messerführungen geführt, die mittels der Spreizzylinder gegenüber dem Stützrahmen abspreizbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Messerschild im Längsschnitt;

Fig. 2 den Messerschild im Querschnitt, wobei in der linken Bildhälfte ein Schnitt nach Linie U-II und in der rechten Bildhälfte ein Schnitt nach Linie IH-III der Fig. 1 dargestellt ist;

Fig. 3 und 4 zwei AusfUhrungsbeispiele für die Ausgestaltung der hydraulischen Steuerung eines nach Art einer hydraulischen Spurstange gekoppelten Messerpaaree.

Der dargestellte Messerschild weist die parallel dicht nebeneinander angeordneten, einen zylindrischen Schildmantel bildenden Vortriebsmesser 10 auf, die, wie bekannt, mittels hydraulischer Pressen 11 einzeln oder gruppenweise in Vortriebsrichtung V vorpreßbar sind. Jedem Vortriebsmesser 10 sind bei dem dargestellten Ausf Uhrungsbeispiel zwei hydraulische Pressen 11 zugeordnet, die mit ihrer Kolbenstange an der Unterseite des zugeordneten Vortriebsmessers angreifen und die sich gegen den gemeinsamen Stützrahmen 12 des Messerschildes abstützen.

Der Stützrahmen 12 besteht aus zwei Stutzrahmenteilen 13

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und 14, die über hydraulische Vorschubpressen 15 im Nachziehschritt vorbewegbar miteinander gekoppelt sind. Außerdem sind die beiden Stützrahmenteile 13 und 14 über Verschiebeführungen verbunden, die aus drehschlüssig ineinander gleitenden kastenförmigen Teleskoprohren 16 und 17 bestehen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Verschiebeführungen nehmen die Vorschubpressen 15 auf. Sie sind in gleichen Winkelabständen über den Umfang der ringförmigen Stützrahmenteile 13 und 14 verteilt.

Mit Hilfe der hydraulischen Pressen 11 können, wie erwähnt, die Vortriebsmesser 10 einzeln oder gruppenweise in Vortriebsrichtung V vorgepreßt werden, wobei sich die Pressen 11 an dem rückwärtigen StUtzrahmenteil 14 abstützen. Sobald sämtliche Vortriebsmesser 10 um den Hub ihrer hydraulischen Pressen 11 vorgepreßt sind, kann der Stützrahmen 12 nachgeholt werden. Hierbei wird zunächst der vordere Stützrahmenteil 13 mit Hilfe der hydraulischen Vorschubpressen 15 vorgedrückt. Die teleskopartig ineinander gleitenden und drehschlüssig ineinander geführten Verschiebeführungen 16, 17 verhindern hierbei relative Drehbewegungen und Verkantungen der Stützrahmenteile 13 und 14. Sobald der vordere Stützrahmenteil 13 vorgedrückt worden ist, kann der rückwärtige Stützrahmenteil 14 durch entgegengesetzte Druckbeaufschlagung der Vorschubpressen 15 und/oder durch entsprechende Druckbeaufschlagung der Pressen 11 der Vortriebsmesser 10 nachgeholt werden.

Die Vortriebsmesser 10 sind in Messerführungen 18 geführt, die, wie bekannt, als T-Nutführungen ausgebildet sind. Über den Umfang der beiden Stützrahmenteile 13 und 14 verteilt sind hydraulische Spreizzylinder 19 angeordnet, die sich an den Stützrahmenteilen abstützen und mit welchen die Vortriebsmesser in radialer Richtung gegen

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die (nicht gezeigte) Ausbruchswandung abspreizbar sind. Mit Hilfe der Spreizzylinder 19 sind die Messerführungen 18 zusammen mit den Vortriebsmessern 10 abspreizbar. Die Vortriebsmesser 10 sind jeweils gegen beide Stützrahmenteile 13 und 14 über einen hydraulischen Spreizzylinder abgestützt.

Die auf dem zylindrischen Schildmantel jeweils diametral gegenüberliegenden Vortriebsmesser 10 sind nach Art einer hydraulischen Spurstange gekoppelt. In Fig. 2 ist die Kopplung der zugehörigen Spreizzylinder 19 lediglich strichpunktiert angedeutet. Eine zweckmäßige Ausführungsform der hydraulischen Kopplung ist in Fig. 3 gezeigt» Die beiden Spreizzylinder 19» die den diametral gegenüberliegenden Vortriebsmessern 10 zugeordnet sind, sind mit ihren Zylinderräumen 20 über Leitungen 21 und 22 an die beiden Zylinderräume 23 und 24 eines Dosierzylinders angeschlossen. Der Dosierzylinder weist eine durchgehende, beidseitig aus dem Zylinder herausgeführte Kolbenstange 26 mit Dosierkolben 27 auf. Der Antrieb des Kolbens 27 erfolgt z.B. über einen Antriebszylinder 28, dessen Kolbenstange 29 über eine lediglich schematisch dargestellte Kupplung 30 mit der Kolbenstange 26 des Dosierzylinders verbunden ist, so daß bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens 31 des AntriebsZylinders 28 auch der Dosierkolben 27 eine entsprechende Hin- und Herbewegung ausführt. Die Steuerung des Arbeitszylinders 28 erfolgt mit Hilfe eines Steuerventils 32, welches eingangsseitig über eine Leitung 33 an eine Hydraulikpumpe 34 sowie über eine Leitung 35 mit einem Vorratsbehälter 36 verbunden ist, aus welchem die Pumpe ansaugt. Durch Umsteuerung des Ventils 32 kann somit die Hubrichtung des Arbeitszylinders 28 und damit auch des Dosierzylinders 25 umgesteuert werden.

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Die Zylinderräume 37 der beiden Spreizzylinder 19 sind über eine Leitung 38 kommunizierend verbunden. Wenn der Dosierkolben 27 z.B., eine Hubbewegung nach links ausführt, so wird eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge über die Leitung 21 in den Zylinderraum 20 des linken Spreizzylinders 19 eingespeist, während eine entsprechende Flüssigkeitsmenge über die Leitung 22 aus dem Zylinderraum 20 des rechten Spreizzylinders 19 in den Zylinderraum 24 des Dosierzylinders angesaugt wird. Der Kolben des linken SpreizZylinders führt eine definierte Hubbewegung nach links aus, wobei die aus dem Zylinderraum 37 dieses Spreizzylinders verdrängte Flüssigkei.tsmenge über die Leitung 38 in den Zylinderraum 37 des rechten Spreizzylinders gefördert wird. Die Anordnung ist somit so getroffen, daß wahlweise der eine oder andere Spreizzylinder 19 von dem Dosierzylinder 25 im Sinne einer Ausspreizung des zugeordneten Vortriebsmessers gegen die Ausbruchswandung beaufschlagt werden kann, wobei der andere Spreizzylinder um das Maß eingefahren wird, um welches der erstgenannte Spreizzylinder ausfährt. Auf diese Weise wird das Prinzip der hydraulischen Spurstange verwirklicht, da aufgrund der hydraulischen Kopplung und der Mengendosierung beide Spreizzylinder 19 Jeweils eine gegenläufige Hubbewegung ausführen, so daß die den Spreizzylindern zugeordneten Vortriebsmesser gleichsinnig gesteuert werden. Es versteht sich, daß das hydraulische System für sämtliche Messerpaare eine Steuerung der vorgenannten Art erhält.

Um unabhängig von der vorstehend beschriebenen Zwangssteuerung Korrekturen hinsichtlich der Spreizzylinderhübe und somit der Messerlage vornehmen zu können, sind jedem Spreizzylinder 19 zwei Stromregelventile 39 und 40 zugeordnet, von denen das eine an die Pumpendruckleitung und das andere an den Rücklauf angeschlossen 1st und die

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ausgangsseitig mit einem Steuerschieber 41 verbunden sind. Die Ausgänge der Steuerschieber 41 sind mit den Leitungen 21 und 38 bzw. 22 und 33 verbunden. Durch Betätigung der Steuerschieber 41 können daher die hydraulischen Spreizzylinder 19 unabhängig von der hydraulischen Zwangskopplung definiert beaufschlagt werden, um etwaige Korrekturen vornehmen zu können.

Die hydraulische Steuerung nach Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 3 im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle des Dosierzylinders 25 eine dosierte Beaufschlagung der Spreizzylinder 19 über Stromregelventile erfolgt. Auch hier ist die Anordnung so getroffen, daß beim Ausfahren des einen Spreizzylinders 19 der andere Spreizzylinder zwangsläufig um das gleiche Maß eingefahren wird. Mit Hilfe der Zusatzventilvorrichtungen 39 bis 42 ist im übrigen auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Druckbeaufschlagung der Spreizzylinder 19 unabhängig von der hydraulischen Zwangssteuerung möglich.

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Ausgestaltung des Messerschildes und seiner Steuereinrichtung ermöglicht die Durchführung von definierten Steuerbewegungen des Messerschildes. Damit ist auch die Voraussetzung dafür gegeben, die Steuerung des Messerschildes mit Hilfe eines Kleincomputers durchzuführen, welcher etwaige Abweichungen des Schildes aus seiner Sollrichtung ermittelt und in Abhängigkeit hiervon die zur Richtungskorrektur notwendigen Steuerbewegungen über das z.B. in Fig. 3 oder 4 dargestellte Steuersystem durchführt. Damit läßt sich auch eine Steuerautomatik erreichen. Wie erwähnt, kann die Beaufschlagung der Spreizzylinder durch eine weg-, zeit- oder mengenabhängige Steuerung erfolgen.

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Claims

PATENTANWÄLTE DlPL.-ING. BUSCHHOFF DIPL..ING. HENNICKE DlPL.-lNG. VOLLBACH KOLN/RH. KAISER-WILHELM-RING 24 Reg.-Nr. I Qw 77^6 IKÖLN, den 21.7.1977 bin· ongeben Vo/wO Ann.: Gewerkschaft Eisenhütte West.falia 4670 Lünen Titel: Messerschild Ansprüche :

1. Messerschild mit an einem gemeinsamen Stützrahmen abgestützten, gegen die Ausbruchswandung abspreizbaren und mittels Pressen vorpreßbaren Vortriebsmessern, die einen den Ausbruchsraum sichernden Schildmantel bilden, dadurch gekennzeichnet, daß am Schildmantel gegenüberliegende Vortriebsmesser (10) nach Art einer Spurstange derart gekoppelt sind, daß beim Ausspreizen des einen Vortriebsmessers gegen die Ausbruchswandung das gegenüberliegende Vortriebsmesser zwangsläufig in Gegenrichtung eingefahren wird.

2. Messerschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortriebsmesser (10) mittels hydraulischer Spreizzylinder (19) gegenüber dem Stützrahmen (12) abspreizbar sind, und daß die Spreizzylinder der am Schildmantel jeweils gegenüberliegenden Vortriebsmesser nach Art einer hydraulischen Spurstange im Sinne einer gegenläufigen Stellbewegung hydraulisch gekoppelt sind.

3. Messerschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützrahmen (12) aus zwei im Nachziehschritt vorbewegbaren, über Vor-

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ORIGINAL INSPECTED

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schubpressen (15) gekoppelten otützrahmerrbeilen (1?, 14) besteht.

4. Messerschild nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Litützraiun ent eile (13, 14) mit Spreizzylindern (19) für die Vortriebsmesser (10) versehen sind.

5. Messerschild nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrahmenteile (13, 14) über drehschlüssig ineinandergeführte Verschieb eführung en (16, 17) gekoppelt sind.

6. Messerschild nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeführungen (16, 17) kastenförmig ausgebildet sind und die hydraulischen Vorschubpressen (15) aufnehmen.

7. Messerschild nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortriebsmesser (10) von Messerführungen (18) geführt sind, die mittels der Spreizzylinder (19) gegenüber dem Stützrahmen (12) abspreizbar sind.

8. Messerschild nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Zylinderräume (37) der nach Art der hydraulischen Spurstange gekoppelten hydraulischen Spreizzylinder (19), deren Volumen sich beim Abspreizen der Vortriebsmesser (10) gegen die Ausbruchswandung vermindert, kommunizierend verbunden sind.

9. Messerschild nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils

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die nach Art der hydraulischen Spurstange gekoppelten Spreizzylinder (19) über Stromregelventile (42) beaufschlagbar sind.

10. Messerschild nach einem der Ansprüche 2 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Art der hydraulischen Spurstange gekoppelten Spreizzylinder (19) über einen Dosierz3^1inder (25) in Ausspreizrichtung beaufschlagbar sind.

11. Messerschild nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Zylinderraum (23) des Dosierzylinders (25) mit dem einen Spreizzylinder (19) und der andere Zylinderraum (24) des üosierzylinders mit dem anderen Spreizzylinder verbunden ist.

12. Messerschild nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden hydraulisch gekoppelten Spreizzylinder (19) mittels einer Zusatzventilvorrichtung (39 bis 41) unabhängig voneinander beaufschlagbar sind.

13. Messerschild nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Computersteuerung des Messerschildes.

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