DE2903675C2 - Driving device for driving underground tunnels by compacting the soil - Google Patents
Driving device for driving underground tunnels by compacting the soilInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Tunnelvortriebsvorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebenen Gattung.The invention relates to a tunnel driving device in the preamble of the main claim specified genus.
Bekannt ist eine Vorrichtung für die Bildung unterirdischer Tunnel in Form von Bohrlöchern durch Verdichtung des Erdreichs und dessen teilweisen Abtrag (DE-PS U 93 081), die ein Gehäuse aufweist, das aus zwei hintereinander gelegenen Rohren besteht, die sich gegenläufig drehen können. Auf der Oberfläche dieser Rohre sind spiralförmig Kammern angebracht, in denen frei drehbar Walzen untergebracht sind. Dabei hat die Schraubenlinie, auf der die Walzen liegen, auf einem Gehäuseteil einen Rechtsdrall und auf dem anderen Gehäuseteil einen Linksdrall. In dem ringförmigen Raum zwischen dem Gehäuse und dem Umkreis der Vorrichtung ist ein Elektromotor als Antrieb der Vorrichtung installiert. Der vordere Rand des Gehäuses ist zugespitzt. Beim Einschalten des Motors beginnen beide Gühäuseteile gegenläufig zu rotieren. Dabei laufen die Walzen beider Gehäuseteile, deren Achsen in entgegengesetzte Richtungen geschwenkt sind, auf einer Spirallinie über die Bohrlochwand und erzeugen damit die vorwärts gerichtete Bewegung der Vorrichtung. Das rotierende Gehäuse bohrt sich mit seinem zugespitzten Rand ins Erdreich, und der Innenraum des Gehäuses füllt sich mit Erde. Sobald die Vorrichtung auf ihrer gesamten Länge mit Erde gefüllt ist, wird sie zurückgeführt, entleert, und der Vorgang wiederholt sich.A device for the formation of underground tunnels in the form of boreholes is known Compaction of the soil and its partial removal (DE-PS U 93 081), which has a housing that consists of two tubes, one behind the other, which can rotate in opposite directions. On the surface These tubes are spiral-shaped chambers in which freely rotatable rollers are housed. Included the helix on which the rollers lie has a right-hand twist on one part of the housing and on the the other part of the housing has a left-hand twist. In the annular space between the housing and the perimeter of the Device, an electric motor is installed to drive the device. The front edge of the case is pointed. When the motor is switched on, both housing parts begin to rotate in opposite directions. Included the rollers of both housing parts, whose axes are pivoted in opposite directions, run on a spiral line across the borehole wall, thereby creating the forward movement of the device. The rotating housing drills with its pointed edge into the ground, and the interior of the Housing fills with earth. As soon as the device is filled with earth along its entire length, it will returned, emptied, and the process is repeated.
Ein Nachteil der Vorrichtung, der sie praktisch betriebsunfähig macht, besteht in dem im Verhältnis zum Durchmesser des entstehenden Bohrlochs sehr kleinen Durchmesser der Walzen, mit deren Hilfe die Bohrlochwand verdichtet wird. Derartige Walzen verursachen ein Abbröckeln der Erde von der Bohrlochwand und ein Verstopfen durch Schrämmaterial. A disadvantage of the device which makes it practically inoperable is its relative proportions to the diameter of the resulting borehole very small diameter of the rollers, with the help of which the Borehole wall is compacted. Such rollers cause the earth to crumble from the Borehole wall and clogging by cuttings.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus dem Verfahren zur Bildung des Erdkerns durch axiales Abstechen mit Hilfe eines rotierenden Gehäuses der Vorrichtung. Dieses Verfahren erfordert eine erhebliche axiale Kraft, die die Walzen mit verhältnismäßig geringem Durchmesser nicht erzeugen können. Es ergeben sich große Energieverluste infolge der Reibung mit dem Erdreich.Another disadvantage arises from the method for forming the earth core by axially parting with it Using a rotating housing of the device. This procedure requires a significant axial force, which the rollers with a relatively small diameter cannot produce. Big ones arise Energy losses due to friction with the ground.
Ein dritter Nachteil besteht in der Schwierigkeit, einen genügend starken Motor in dem engen, ringförmigen Raum zwischen der Oberfläche des Gehäusekörpers und der Wand des entstehenden Bohrlochs unterzubringen.A third disadvantage is the difficulty in finding a sufficiently powerful engine in the narrow, annular space between the surface of the case body and the wall of the emerging To accommodate borehole.
Bekannt ist weiterhin eine Vorrichtung (Urheberschein der UdSSR 4 07 143) für die Bildung unterirdischer Tunnel, in Form von Bohrlöchern in der Erde, dessen Arbeitsorgan eine hohle Exzenterwelle ist, auf deren Lagerzapfen drehbar kegelförmige Rollen angebracht sind. Im Innern des vorderen Teils der Welle befindet sich eine kegelförmige Schnecke, deren Spitze zum Schwanzende der Vorrichtung gerichtet ist. Sie dient als Fräse und Transportmittel eines Teils des Erdreichs ins Innere der Vorrichtung, wo sich einAlso known is a device (copyright of the USSR 4 07 143) for the formation of underground Tunnel, in the form of boreholes in the earth, the working organ of which is a hollow eccentric shaft whose journals are rotatably mounted tapered rollers. Inside the front part of the shaft there is a conical snail, the tip of which is directed towards the tail end of the device. she serves as a milling machine and means of transport of part of the earth inside the device, where there is a
Mischer mit einer Bindemittellösung befindet. Vom Mischer gehen in radialer Richtung Zuführungsschnekken aus, die zusammen mit einer im Gehäuse untergebrachten zylindrischen Rolle die Erde und die Bindemittellösung auf die Bohrlochwand aufbringt Die Vorrichtung bewegt sich mit Hilfe eines hydraulischen Schreitmechanismus mittels Hebeberken. Ein Teil der Erde aus der Mitte des entstehenden Bohrloches wird durch die Schnecke aufgelockert und in den Mischer mit der Lösung transportiert. Gleichzeitig wird der Durchmesser des Bohrlochs durch Verdichtung des Erdreichs mit Hilfe von exzentrisch auf der Welle befestigten Rollen vepgrößert. Die Zuführungsschnekkeii bringen die aufgelockerte Erde mit der Bindemittellösung aus dem Mittelteil der Vorrichtung in radialer Richtung zu der Bohrlochwand, wo sie mit Hilfe einer zylindrischen Exzenterrolle aufgebracht und in die bereits verdichtete Bohrlochwand eingerollt wird.Mixer with a binder solution is located. Feed screws go from the mixer in the radial direction from which, together with a cylindrical roller housed in the housing, the earth and the Applying binder solution to the borehole wall. The device moves with the help of a hydraulic Stepping mechanism by means of a lifting jack. A part of the earth from the center of the resulting borehole is loosened by the screw and transported into the mixer with the solution. At the same time, the Diameter of the borehole by compacting the earth with the help of eccentric on the shaft attached roles. The feed screw bring the loosened earth with the binder solution from the central part of the device in a radial direction Direction to the borehole wall, where it is applied with the help of a cylindrical eccentric roller and into the already compacted borehole wall is rolled up.
Der Nachteil der Vorrichtung besteht in ihrer Betriebsunsicherheit, die dadurch verursacht wird, daß die Erde durch einen sich zum Schwanzende der Vorrichtung verjüngenden Kanal transportiert wird, was zu Verstopfungen des Kanals führt, und daß die Vorrichtung nicht aus dem Bohrloch zurückgeführt werden kann, da nach dem Aufbringen des abgetragenen Erdreichs auf die Bohrlochwand der Durchmesser des Bohrlochs kleiner ist als der Durchmesser der Vorrichtung.The disadvantage of the device is its operational uncertainty caused by the fact that the earth is transported through a channel tapering towards the tail end of the device, resulting in clogging of the channel and the device not being returned from the wellbore can be, since after the application of the removed soil on the borehole wall, the diameter of the borehole is smaller than the diameter of the device.
Bekannt ist weiterhin eine Vortriebsvorrichtung für das Auffahren unterirdischer Tunnel in Form von Bohrlöchern im Erdreich durch dessen Verdichtung mittels Walzen. Die in der US-PS 39 26 267 beschriebene Vortriebsmaschine, die der eingangs aufgeführten Gattung entspricht zeigt eine Exzenterwelle mit einem kegelförmigen Element im vorderen Teil. Auf den Lagerzapfen der Welle befinden sich Walzen, wobei die Achsen der Lagerzapfen der Welle derart zur Längsachse der Vorrichtung geneigt sind, daß die Laufbahn der Walzen eine Raumspirale bilden. Bei Rotation der Welle verdichten das exzentrisch auf den einen Winkel mit der Längsachse der Vorrichtung bildenden Lagerzapfen angebrachte kegelförmige Element und die kegelförmigen Walzen nacheinander die Bohrlochwand und vergrößern den Durchmesser des Bohrlochs. Dabei gelangt jede nachfolgende Walze auf den Abschnitt des Bohrlochs, der von der vorangegangenen Walze gebildet worden ist, und formt so die Bohrlochwand. Da die Achsen der Lagerzapfen der Welle, auf denen sich das kegelförmige Element und die Walzen befinden, zur Achse der Vorrichtung nicht parallel, sondern so geneigt sind, daß die Laufbahn der Walzen auf der Bohrlochwand eine Spirale bildet, entsteht eine axial gerichtete Bewegungskomponente der Walze, wodurch die Vorwärtsbewegung der Vorrichtung allein durch die Rotation der Welle ohne irgendwelche Hilfsmechanismen gewährleistet wird.Also known is a propulsion device for driving underground tunnels in the form of Boreholes in the ground by compacting it with rollers. The described in US-PS 39 26 267 Driving machine, which corresponds to the type listed at the beginning, shows an eccentric shaft with a conical element in the front part. There are rollers on the journal of the shaft, whereby the Axes of the journal of the shaft are inclined to the longitudinal axis of the device that the The track of the rollers form a space spiral. When the shaft rotates, compress it eccentrically on the conical element mounted at an angle with the longitudinal axis of the device forming trunnions and the conical rollers successively the borehole wall and enlarge the diameter of the Borehole. Each subsequent roller reaches the section of the borehole from the previous one Roller has been formed, and so forms the borehole wall. Since the axes of the bearing journals of the Shaft on which the conical element and the rollers are located, to the axis of the device not parallel but inclined so that the track of the rollers forms a spiral on the wall of the borehole, creates an axially directed movement component of the roller, causing the forward movement of the Device is guaranteed solely by the rotation of the shaft without any auxiliary mechanisms.
In dieser Vorrichtung kann das Reaktionsdrehmoment von der Exzenterwelle z. B. von einem Stabilisator, der auf dem Motorgehäuse befestigt ist und sich bei Bewegung der Vorrichtung in die Bohrlochwand einschneidet oder von Rädern, die an die Bohrlochwand gepreßt werden, aufgenommen werden.In this device, the reaction torque from the eccentric shaft z. B. from a stabilizer, which is mounted on the motor housing and moves into the borehole wall when the device is moved cuts or be picked up by wheels that are pressed against the borehole wall.
Die beschriebene Vorrichtung funktioniert gut beim Bau von Bohrlöchern mit verhältnismäßig geringem Durchmesser bis etwa 1 m. Bei Bildung von Bohrlöchern mit größerem Durchmesser bis zu einigen Metern wird die Erde um das Bohrloch so stark verdichtet, daß sich bei geringer Eindringtiefe der Vorrichtung der Boden wölbt und die Vorrichtung aus der Erde heraus kommt.The device described works well in the construction of boreholes with relatively little Diameter up to about 1 m. When drilling holes with a larger diameter up to a few meters the earth around the borehole is so heavily compacted that if the device penetrates shallowly, the soil is bulges and the device comes out of the earth.
Ein anderer Nachteil der Vorrichtung besteht darin,Another disadvantage of the device is
daß bei Schaffung von Bohrlöchern mit großem Durchmesser der Energieaufwand sehr hoch ist, was dadurch verursacht wird, daß große Erdmassen, die aus dem gesamten Volumen des Bohrlochs verdrängt werden, in das umgebende Erdreich gepreßt werden müssen.that when creating boreholes with a large diameter, the energy expenditure is very high, what is caused by the fact that large masses of earth displaced from the entire volume of the borehole must be pressed into the surrounding soil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die '° eingangs aufgeführte Vortriebsmaschinengattung so weiterzubilden, daß mit ihr auch Tunnel mit größerem Querschnitt ohne zu großen Energieaufwand aufgefahren werden können.The invention is based on the object of reducing the type of tunneling machine listed at the outset in such a way to train that with her also tunnels with a larger cross-section can be driven without using too much energy can be.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1 gelöst. Diese Vorrichtung für die Bildung von Tunnels im Erdreich ermöglicht es, einen Erdkern durch gleichzeitige Längs- und Querbewegung der Schneidkanten des kegelförmigen Elements, das an der Spitze der Vorrichtung montiert ist, zu formen, was wesentlich die axial gerichtete Kraft beim Eindringen der Vorrichtung ins Erdreich verringert und ein Verstopfen des Kanals der Vorrichtung mit Erde verhindert. Die Erweiterung des Kanals der Welle zum Schwanzende erleichtert das -5 Abtragen der Erde durch die Vorrichtung.This object is achieved with the features of the characterizing part of claim 1. This device for the formation of tunnels in the ground makes it possible to form a core of the earth by simultaneous longitudinal and transverse movement of the cutting edges of the conical element mounted on the tip of the device, which essentially reduces the axially directed force when the device penetrates the ground and prevents clogging of the duct of the device with soil. The extension of the channel of the shaft end of the tail facilitating the - 5 removal of the earth through the device.
Die Erfindung eignet sich für den Bau horizontalerThe invention is suitable for the construction of horizontal
unterirdisch verlegter Versorgungsleitungen vor allem mit großem Durchmesser, aber auch für den Bau geneigter und vertikaler Tunnel mit von unten nachunderground supply lines, especially with a large diameter, but also for construction inclined and vertical tunnel with from bottom to
3(1 oben gerichteten Vortrieb. 3 (1 advance directed upwards.
Wenn die Bildung eines aufgelockerten Erdkerns erwünscht ist, ist es zweckmäßig, im Kanal der Exzenterwelle senkrecht zur Bewegungsrichtung der Erde ein Messer anzubringen, das mit seiner Schneide zum Abbaustoß gerichtet ist, und es starr mit der Wand der Exzenterwelle und gelenkig mit der Antriebswelle des Antriebs zu verbinden. Dadurch wird der Erdkern für den folgenden Transport der Erde durch den Hohlraum der Vorrichtung gelockert. ■to In einigen Fällen ist es zweckmäßig, im Kanal der Exzenterwelle einen Elektromotor für den Antrieb unterzubringen, der außen am Gehäuse Schneckenbleche für den Transport der Erde im Innern des Kanals der Exzenterwelle hat. Solch eine Ausführung der Vorrichtung erleichtert ein schnelles Abtragen des gelockerten Erdkerns, da er durch die Schneckenbleche in Längsrichtung transportiert wird.If the formation of a loosened earth core is desired, it is expedient in the canal of the Eccentric shaft to attach a knife perpendicular to the direction of movement of the earth, with its cutting edge is directed to the working face, and it is rigid with the wall of the eccentric shaft and articulated with the drive shaft of the drive. This makes the earth's core suitable for the subsequent transport of the earth through the The cavity of the device is loosened. ■ to In some cases it is useful in the channel of the Eccentric shaft to accommodate an electric motor for the drive, the outside of the housing worm plates for the transport of the earth inside the channel of the eccentric shaft. Such an implementation of the Device facilitates a quick removal of the loosened earth core, since it is through the worm plates is transported lengthways.
Wenn ein ganzer, unzerstörter Erdkern gewonnen werden soll, ist es zweckmäßig, in der Vorrichtung auf der Exzenterwelle von Seiten des Abbaustoßes einen Elektromotor anzubringen, dessen Rotor hohl ist, und ihn starr mit der Exzenterwelle zu verbinden, so daß er die Welle derart umschließt, daß der Hohlraum des Rotors die Fortsetzung des Kanals der Exzenterwelle bildet. Am Gehäuse des Elektromotors werden Längsrippen angebracht, die in an sich bekannter Weise das Reaktionsdrehmoment auf die Wand des entstehenden Tunnels übertragen. Eine solche Ausführung der Vorrichtung erhöht ihre Betriebseffektivität durch die Bildung von für den weiteren Transport geeigneten Erdkernen ohne ihre Auflockerung.If a whole, undestroyed core of the earth is to be obtained, it is advisable to use the device to attach an electric motor whose rotor is hollow to the eccentric shaft from the side of the working face, and to connect it rigidly to the eccentric shaft so that it encloses the shaft in such a way that the cavity of the Rotor forms the continuation of the channel of the eccentric shaft. Be on the housing of the electric motor Longitudinal ribs attached, which in a known manner, the reaction torque on the wall of the resulting Transfer tunnels. Such a design of the device increases its operational effectiveness by Formation of earth cores suitable for further transport without loosening them.
In einigen Fällen ist es erwünscht, auf der Exzenterwelle auf der Seite des Abbaustoßes einen elektromotor anzubringen, dessen Rotor hohl und starr h= mit aer Exzenterwelle verbunden ist, so daß er sie derart umschließt, daß der Hohlraum des Rotors die Fortsetzung des Kanals der Exzenterwelle bildet, wobei der Stator über eine KiauenflanschkuDoluns mit derIn some cases it is desirable to mount an electric motor on the eccentric shaft on the side of the working face, the rotor of which is hollow and rigid h = connected to the eccentric shaft so that it encloses it in such a way that the cavity of the rotor is the continuation of the channel of the eccentric shaft forms, the stator via a KiauenflanschkuDoluns with the
letzten der kegelförmigen Walzen, die ebenfalls untereinander durch Klauenflanschkupplungen verbunden sind, verbunden werden muß. Eine solche Lösung ermöglicht eine Rotation der Exzenterwelle relativ zu dem mit der Bohrlochwand in Kontakt stehenden "· Walzen, wodurch die Bohrlochwände erhalten bleiben. Zur Vereinfachung der Vorrichtung beim Verlegen von Bohrlöchern mit großem Durchmesser ist es zweckmäßig, daß im Innern wenigstens eines Teils der kegelförmigen Waizen auf den Lagerzapfen der κι Exzenterwelle elektrische Antriebsmotoren mit hohlen Rotoren derart installiert werden, daß ihre Rotoren die Lagerzapfen der Exzenterwelle umschließen und starr mit ihr verbunden sind und die Statoren starr mit der Innenfläche der entsprechenden kegelförmigen Walzen ' > verbunden sind. Eine solche Konstruktion der Vorrichtung gestattet eine rationellere Ausnutzung des Raumes im Innern der Vorrichtung und die Schaffung einer kompakten Konstruktion für das Vortreiben von Tunnels im Erdreich sowie eine bessere Kühlung der -'" Motoren.last of the conical rollers, which are also connected to one another by claw flange couplings, must be connected. Such a solution enables the eccentric shaft to rotate relative to the rollers which are in contact with the wall of the borehole, whereby the walls of the borehole are preserved wheat electric drive motors are installed with hollow rotors in such a way on the bearing journal of the κι eccentric shaft that their rotors enclose the bearing journal of the eccentric shaft and are rigidly connected with it and the stators are rigidly> connected to the inner surface of the corresponding cone-shaped rollers'. such a construction of the The device allows a more efficient use of the space inside the device and the creation of a compact construction for driving tunnels in the ground and better cooling of the engines.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail, for example, with the aid of the drawings. It shows
Fig. 1 im Längsschnitt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung für den Vortrieb unterirdischer -"' Tunnel im Erdreich, bei der ein Elektromotor im Innern der Exzenterwelle installiert ist;Fig. 1 in longitudinal section a first embodiment of a device for driving underground - "' Tunnel in the ground in which an electric motor is installed inside the eccentric shaft;
Fig.? einen Schnitt längs der Linie U-II von F i g. 1; F i g. 3 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung für den Vortrieb unterirdischer Tunnel im Erdreich, die so durch einen Motor mit hohlem Rotor angetrieben wird, und bei der das Reaktionsdrehmoment mit Hilfe eines Stabilisators aufgefangen wird;Fig.? a section along the line U-II of F i g. 1; F i g. 3 shows a second embodiment of the device for driving underground tunnels in the ground, which is shown in this way driven by a motor with a hollow rotor, and in which the reaction torque by means of a Stabilizer is caught;
Fig.4 eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung für den Vortrieb unterirdischer Tunnel im Erdreich, die 3ϊ mit Antriebswalzen ausgerüstet ist, die mit dem Stator des Motors durch Klauenflanschkupplungen verbunden sind;4 shows a third embodiment of the device for driving underground tunnels in the ground, the 3ϊ is equipped with drive rollers, which are connected to the stator of the motor by claw flange couplings are;
Fig. 5 eine Klauenflanschkupplung der Vorrichtung von F i g. 4; undFIG. 5 shows a claw flange coupling of the device of FIG. 4; and
Fig. 6 eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung für den Vortrieb unterirdischer Tunnel im Erdreich, die mit in den Walzen eingebauten Elektromotoren ausgerüstet ist.6 shows a fourth embodiment of the device for driving underground tunnels in the ground, which is equipped with electric motors built into the rollers.
Die Vorrichtung für den Vortrieb unterirdischer ->"' Tunnel im Erdreich von Fig. 1 hat ein kegelförmiges Element 1, das vor der Exzenterwelle 2 auf deren Lagerzapfen 3 angebracht ist. Hinter dem kegelförmigen Element 1 befinden sich auf entsprechenden Lagerzapfen der Welle kegelförmige Walzen 4. Die '" Achsen der Lagerzapfen der Exzenterwelle 2 sind so gesteiit. daß bei einer Roiaiion der Weile 2 das kegelförmige Element 1 und die Walzen 4 eine Raumspirale beschreiben und somit die Vorwärtsbewegung der Vorrichtung gewährleisten, indem sie sich in " das Erdreich hineinschrauben. Die Exzenterwelle 2 hat einen längsgerichteten durchgehenden Diffusorkanal, der sich zum Schwanzende erweitert. Das erleichtert das Austragen der Erde aus der Vorrichtung beim Anlegen horizontaler oder nach oben geneigter Tunnel. hl> Das kegelförmige Element 1 (Fig. 1, 2) hat ebenfalls einen durchgehenden, längsgerichteten Diffusorkanal, dessen minimaler Querschnitt um soviel kleiner als der minimale Querschnitt des Kanals der Exzenterwelle 2 ist, daß der lichte Querschnitt des Kanals imr· kegelförmigen Element 1 beim Betrieb der Vorrichtung praktisch in den Grenzen des minimalen lichten Querschnitts des Kanals der Exzenterwelle 2 liegt und beide zusammen einen Duirhgangskanal für den Transport der Erde bilden, die teilweise beim Betrieb der Vorrichtung abgetragen wird. Dabei ist der Durchmesser des Kanals des kegelförmigen Elements 1 um mindestens die doppelte Größe der Exzentrizität »e« des Lagerzapfens 3 der Welle 2, auf der sich das kegelförmige Element !,das praktisch die erste Walze der Vorrichtung darstellt, befindet, kleiner als der minimale Durchmesser der Öffnung in der Exzenterwelle 2 der Vorrichtung. Das hat den Zweck, daß bei der Bildung des Erdkerns 5 und der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung im Tunnel der Kern frei in den Kanal der Welle 2 eintreten kann. Die zugespitzte Kante des kegelförmigen Elements 1 erweitert sich an der Innenseite 6 (Fig. 1). Dadurch verringert sich die auf den Kern bei dessen Formung durch das kegelförmige Element 1 einwirkende Kraft.1 has a conical element 1 which is attached in front of the eccentric shaft 2 on its bearing journal 3. Behind the conical element 1 there are conical rollers 4 on corresponding bearing journals of the shaft The '"axes of the journals of the eccentric shaft 2 are so gesteiit. that at a roiaiion of the while 2 the conical element 1 and the rollers 4 describe a spiral space and thus ensure the forward movement of the device by screwing themselves into the ground. The eccentric shaft 2 has a longitudinally extending diffuser channel which widens towards the end of the tail. This facilitates the discharge of the earth from the device when creating horizontal or upwardly inclined tunnels. Hl > The conical element 1 (Fig. 1, 2) also has a continuous, longitudinally directed diffuser channel, the minimum cross-section of which is so much smaller than the minimum cross-section of the channel of the eccentric shaft 2, that the internal cross-section is the channel in the X-cone-shaped element 1 during operation of the apparatus virtually within the limits of the minimum internal cross-section of the channel of the eccentric shaft 2 and the two together form a Duirhgangskanal for the transport of the earth, which partly removed during operation of the device wi approx. The diameter of the channel of the conical element 1 is at least twice the size of the eccentricity "e" of the journal 3 of the shaft 2, on which the conical element!, Which is practically the first roller of the device, is smaller than the minimum Diameter of the opening in the eccentric shaft 2 of the device. The purpose of this is that the core can freely enter the channel of the shaft 2 during the formation of the earth core 5 and the forward movement of the device in the tunnel. The pointed edge of the conical element 1 widens on the inside 6 (FIG. 1). This reduces the force acting on the core when it is formed by the conical element 1.
Im Kanal der Exzenterwelle 2 ist ein Elektromotor 7 mit einem Stabilisator 8 für die Aufnahme des Reaktionsdrehmoments von der Welle 2 in Form von Längsrippen am Ende untergebracht. Dadurch, daß der Durchmesser des den Stabilisator 8 umschreibenden Kreises größer ist als der Durchmesser des ausgewalzten Bohrlochs, dringt der Stabilisator in die Bohrlochwand ein und verhindert ein zur Exzenterwelle 2 gegenläufiges Drehen des Motors 7. An der Oberfläche des Motors 7 sind Schneckenbleche 9 angebracht, die den Transport der mit Hilfe eines Messers 10 aufgelockerten Erde 11 erleichtern. Das Messer IO stellt gleichzeitig ein Element dar, das mit Hilfe einer Gelenkkupplung 12 die Verbindung zwischen dem Motor 7 und der Exzenterwelle 2 herstellt. Der Elektromotor 7 wird durch das Kabel 13 gespeist.In the channel of the eccentric shaft 2 is an electric motor 7 with a stabilizer 8 for receiving the Reaction torque from the shaft 2 housed in the form of longitudinal ribs at the end. Because the The diameter of the circle circumscribing the stabilizer 8 is greater than the diameter of the rolled one Borehole, the stabilizer penetrates the borehole wall and prevents it from moving towards the eccentric shaft 2 counterrotating the motor 7. On the surface of the motor 7 worm plates 9 are attached, the facilitate the transport of the soil 11 loosened with the aid of a knife 10. The knife IO represents at the same time represent an element that with the help of an articulated coupling 12, the connection between the Motor 7 and the eccentric shaft 2 produces. The electric motor 7 is fed through the cable 13.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen. Vor dem Anlassen der Vorrichtung wird sie in ein vorbereitetes Mundloch eingeführt, dessen Längsschnitt dem Längsschnitt der Vorrichtung derart entspricht, daß wenigstens einige vordere Walzen 4 und das kegelförmige Element 1 mit dem Erdreich in Kontakt kommen und der Stabilisator 8 das Drehmoment aufnehmen kann. Beim Einschalten des Motors 7 beginnt die Welle 2 zu rotieren. Dabei rollen die Walzen 4 über die Wand des Mundlochs des Tunnels und bewegen dadurch die Vorrichtung vorwärts, wobei sie das Erdreich verdichten und die Wände des Bohrlochs formen. Beim weiteren Eindringen der Vorrichtung ins Erdreich und Vergrößerung des Reaktionsdrehmoments der Welle 2 kommt der Stabilisator 8 in dichtere Abschnitte der Bohrlochwand und nimmt das anwachsende Drehmoment völlig auf. Gleichzeitig entsteht der Erdkern 5 mit Hilfe der vorderen Kante des kegelförmigen Elements 1The device works as follows. Before starting the device, it is put into a prepared Oral hole introduced, the longitudinal section of which corresponds to the longitudinal section of the device such that at least some front rollers 4 and the conical element 1 come into contact with the ground and the stabilizer 8 can absorb the torque. When the motor 7 is switched on, the shaft 2 begins to close rotate. The rollers 4 roll over the wall of the mouth hole of the tunnel and thereby move the Device forward, compacting the soil and shaping the walls of the borehole. At the further penetration of the device into the ground and increase of the reaction torque of the shaft 2 the stabilizer 8 comes into denser sections of the borehole wall and takes the increasing torque completely on. At the same time, the earth's core 5 is created with the help of the front edge of the conical element 1
mige Element 1 bewegt sich gleichzeitig in radialer Richtung um die Größe der doppelten Exzentrizität »e« (F i g. 2) des Lagerzapfens 3 der Welle 2, rollt mit seiner zugespitzten Kante über die Basis des Kerns 5 infolge der Schwenkung der Achse des Lagerzapfens 3 der Welle 2 zur Erzeugung einer spiralförmigen Laufbahn, rotiert um seine Längsachse infolge des Abrollens über die Bohrlochwand, und zwar gegenläufig zur Welle 2 und bewegt sich vorwärts in Längsrichtung zusammen mit der Vorrichtung.Mige element 1 moves at the same time in the radial direction by the size of double the eccentricity "e" (Fig. 2) of the journal 3 of the shaft 2, rolls with its pointed edge over the base of the core 5 as a result of the pivoting of the axis of the journal 3 of the shaft 2 for generating a spiral-shaped track, rotates about its longitudinal axis as a result of the rolling over the borehole wall, in the opposite direction to the shaft 2 and moves forward in the longitudinal direction together with the device.
Eine solche Bewegung der Kante des kegelförmigen Elements 1 vermindert wesentlich die auf die Vorrichtung einwirkende axiale Kraft und die Reibungsverluste bei der Formung des Kerns.Such movement of the edge of the conical element 1 substantially reduces the impact on the device acting axial force and the frictional losses during the formation of the core.
Sobald der sich bildende Kern das zusammen mit der Welle 2 rotierende Messer 10 erreicht, beginnt dessenAs soon as the core being formed reaches the knife 10 rotating together with the shaft 2, it begins
Auflockerung. Die Erde 11 des aufgelockerten Kerns wird von den am Gehäuse des Motors 7 befestigten Schneckenblechen erfaßt und schnell durch den Kanal der Welle 2 transportiert. Dabei wird die Erde 11 im Innern der rotierenden Welle gewälzt, während die Schneckenbleche 9 zusammen mit dem Gehäuse des Motors 7 nur eine Vorwärtsbewegung entlang der Längsachse des Tunnels ausführen. Die aufgelockerte Erde 11 kann anschließend aus dem Tunnel nach einem beliebigen bekannten Verfahren mit Hilfe eines Förderbands oder eines Ladegeräts oder mit Preßluft entfernt werden.Loosening up. The earth 11 of the loosened core is attached to the housing of the motor 7 by the Snail plates detected and quickly transported through the channel of the shaft 2. The earth is 11 im Rolled inside the rotating shaft, while the worm plates 9 together with the housing of the Motor 7 only make a forward movement along the longitudinal axis of the tunnel. The loosened one Earth 11 can then be removed from the tunnel by any known method using a Conveyor belt or a charger or with compressed air.
Diese Konstruktion der Vorrichtung mit einem im Innern der Exzenterwelle 2 untergebrachten Motor 7 ermöglicht es, als Antrieb weit in der Industrie verbreitete Elektromotoren oder Getricbcmoiorcn ohne Schaffung spezieller Motoren für Vorrichtungen zum Vortrieb von Tunnels im Erdreich zu verwenden.This construction of the device with a motor 7 housed inside the eccentric shaft 2 enables electric motors or gearboxes that are widely used in industry as a drive to use without creating special motors for devices for driving tunnels in the ground.
F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsvariante der Vorrichtung für die Bildung von Tunnels im Erdreich. Die Besonderheit dieser Konstruktion besteht aus dem Elektromotor mit einem hohlen Rotor 14, der so an der Exzenterwelle 2 befestigt ist, daß der Hohlraum des Rotors 14 die Fortsetzung des Kanals der Welle 2 bildet. Auf dem Gehäuse des Motors 7 sind Längsvorsprünge als Stabilisatoren 8 ausgebildet, analog wie in der vorigen Konstruktion.F i g. 3 shows another variant embodiment of the device for the formation of tunnels in the ground. The peculiarity of this construction consists of the electric motor with a hollow rotor 14, which is so attached to the Eccentric shaft 2 is attached so that the cavity of the rotor 14 forms the continuation of the channel of the shaft 2. Longitudinal projections as stabilizers 8 are formed on the housing of the motor 7, analogously to that in FIG previous construction.
Das Funktionsprinzip dieser Vorrichtung unterscheidet sich nicht von dem oben beschriebenen. Der Unterschied besteht darin, daß der mit Hilfe des kegelförmigen Elements 1 gewonnene Erdkern 5, der im Innern des sich zum Schwanzende hin erweiternden Diffusorkanali der rotierenden Welle 2 umgewälzt wird, sich auf einer spiralförmigen Laufbahn nach hinten entlang der Längsachse der Vorrichtung bis zum Ausgang aus der Vorrichtung bewegt, wo er von bekannten Transportmitteln aufgenommen wird.The principle of operation of this device does not differ from that described above. Of the The difference is that the earth core 5 obtained with the help of the conical element 1, which is in the Inside the diffuser channel of the rotating shaft 2, which widens towards the tail end, is circulated, on a spiral trajectory backwards along the longitudinal axis of the device to the Moved exit from the device, where it is picked up by known means of transport.
Diese Konstruktion erhöht die Betriebseffektivität der Vorrichtung durch Verringerung der Energieverluste für eine nochmalige Zerkleinerung der Erde beim Brechen des gewonnenen Erdkerns und auch durch eine Verbesserung der Technologie des Abtransports der Erde aus dem Tunnel, die die Verladung und den Transport der Erde in Form ganzer Erdkerne vorsehen kann.This construction increases the operational efficiency of the device by reducing energy losses for a repeated crushing of the earth when breaking the extracted earth core and also by a Improving the technology of removing the earth from the tunnel, loading and unloading it Can provide transport of the earth in the form of whole earth cores.
In Fig.4 ist eine Variante der Vorrichtung abgebildet, in der das Reaktionsdrehmoment von der Exzenterwelle 2 nicht mit Hilfe eines Stabilisators wie in den vorherigen Konstruktionen aufgenommen wird, sondern von kegelförmigen Walzen, mit deren Hilfe das Erdreich verdichtet wird und die VorwärtsbewegungIn Fig. 4 a variant of the device is shown, in which the reaction torque from the eccentric shaft 2 is not with the aid of a stabilizer as in the previous designs, but by conical rollers, with the help of which the Earth is compacted and moving forward
Außer den oben beschriebenen Elementen der Vorrichtung für die Bildung von Tunnels im Erdreich enthält die gegebene Vorrichtung Kiauenflanschkupplungen 15 (Fig. 5), die zwischen den kegelförmigen Walzen 4 im Zwischenraum zwischen der letzten Walze und dem Stator des Motors untergebracht sind. Die Kupplungen 15 haben Vorspränge, die in entsprechende Aussparungen an den Stirnseiten der Walzen und des Stators eingreifen. Die Flanschkupplungen 15 dienen der Übertragung des Reaktionsdrehmoments vom Stator des Motors 7 auf die zueinander nicht axial liegenden kegelförmigen Walzen 4. Mit Hilfe eines Elements 16 mit Gleitkontakien und eines Starkstromkabels 13 wird der Motor 7 mit elektrischer Energie versorgt. Die Exzenterwelle 2 der Vorrichtung ist im Unterschied zu der vorher beschriebenen so ausgeführt, daß die Exzentrizitäten der Lagerzapfen proportional zu den Durchmessern der ihnen entsprechenden Walzen sind, d. h. die relativen Exzentrizitäten der Lagerzapfen der Welle der Vorrichtung sind untereinander gleich. Bei dieser Konstruktion rollt jede Walze über die Bohrlochwand mit gleicher Winkelgeschwindigkeit, wobei keine Spannungen in den Kupplungen 15 infolge einer nicht übereinstimmenden Rotation relativ zueinander auftreten.Except for the above-described elements of the device for the formation of tunnels in the ground contains the given device Kowwflanschkupplungen 15 (Fig. 5), which between the conical Rollers 4 are housed in the space between the last roller and the stator of the motor. the Couplings 15 have projections that fit into corresponding recesses on the end faces of the rollers and the Engage the stator. The flange couplings 15 are used to transmit the reaction torque from Stator of the motor 7 on the non-axially lying conical rollers 4. With the help of a Element 16 with sliding contacts and a power cable 13, the motor 7 is supplied with electrical energy. The eccentric shaft 2 of the device is in Difference from the one previously described, it is designed so that the eccentricities of the bearing journals are proportional to the diameters of their corresponding rollers, d. H. the relative eccentricities of the The journals of the shaft of the device are identical to one another. With this construction, each roller rolls across the borehole wall at the same angular velocity, with no stresses in the couplings 15 occur as a result of mismatched rotation relative to one another.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: BeimThe device works as follows: When
Exzenterwelle 2 verbundene Rotor 14 in eine Richtung zu rotieren, während sich der Stator der Vorrichtung und die mit ihm über die Klauenkupplungen 15 verbundenen Walzen 4 und das kegelförmige Element 1 in die andere Richtung dreht, wobei sich die Vorrchtung wie auch in den vorangegangenen Varianten ins Erdreich hineinschraubt. Dank des Elements 16 führt das Kabel 13 nur eine Längsbewegung aus, während alle anderen Elemente der Vorrichtung rotieren — der Rotor 14 mit der Welle 2 in eine Richtung, der Stator mit den Walzen 4 und dem kegelförmigen Element 1 in die andere Richtung.Eccentric shaft 2 connected rotor 14 to rotate in one direction while the stator of the device and the rollers 4 connected to it via the dog clutches 15 and the conical element 1 rotates in the other direction, whereby the device, as in the previous variants, turns into Screws in the ground. Thanks to the element 16, the cable 13 only performs a longitudinal movement, during all other elements of the device rotate - the rotor 14 with the shaft 2 in one direction, the stator with the rollers 4 and the conical element 1 in the other direction.
Diese Konstruktion der Vorrichtung, bei der das Reaktionsdrehmoment unmittelbar von den Walzelementen aufgenommen wird, die untereinander und mit dem Stator des Motors durch Kupplungen verbunden sind, erhöht die Qualität der Oberfläche der Tunnelwand und verringert die Reibverluste mit dem Erdreich bei Aufnahme des Reaktionsdrehmoments von der Exzenterwelle.This construction of the device, in which the reaction torque directly from the rolling elements which are connected to each other and to the stator of the motor by clutches increases the quality of the surface of the tunnel wall and reduces friction losses with the soil when absorbing the reaction torque from the eccentric shaft.
Eine weitere Variante der Vorrichtung für die Bildung von Tunnels im Erdreich, die in F i g. 6 abgebildet ist, hat unbeweglich auf den Lagerzapfen der Exzenterwelle 2 befestigte Elektromotoren mit hohlen Rotoren 14 und Statoren, die in den entsprechenden Walzen 4 untergebracht sind. Der Betrieb dieser Vorrichtung mit in den Walzen 4 eingebauten Elektromotoren verläuft analog zu den vorherigen Beispielen. Der Unterschied zu der oben beschriebenen Variante besteht darin, daß in den kegelförmigen Walzen 4 auf den Lagerzapfen der Exzenterwelle 2 elektrische Antriebsmotoren mit hohlen Rotoren 14 derart untergebracht sind, daß ihre Rotoren die Lagerzapfen der Exzenterwelle 2 umfassen und starr mit der Welle verbunden sind, während die Statoren starr mit der Innenfläche der entsprechenden kegelförmigen Walzen 4 verbunden sind. Dabei sind die Walzen nicht starr miteinander verbunden, sondern können mit verschiedenen Geschwindigkeiten rotieren. Die Gleichheit der relativen Exzentrizitäten braucht nicht eingehalten zu werden. Bei einer solchen Vorrichtung sind die Elemente am rationellsten angeordnet, was die Schaffung einer äußerst kompakten Konstruktion ermöglicht. Ein weiterer Vorteil dieser Variante ist die gute Kühlung der Elektromotoren, die in den Walzen untergebracht sind und einen innigen Kontakt mit der kühlen Wand des Tunnels haben.Another variant of the device for the formation of tunnels in the ground, which is shown in FIG. 6 is shown has immovable on the journal of the eccentric shaft 2 fixed electric motors with hollow rotors 14 and Stators housed in the corresponding rollers 4. Operation of this device with Electric motors built into the rollers 4 run analogously to the previous examples. The difference to the variant described above is that in the conical rollers 4 on the journal of the Eccentric shaft 2 electric drive motors with hollow rotors 14 are housed in such a way that their Rotors include the journals of the eccentric shaft 2 and are rigidly connected to the shaft, while the Stators are rigidly connected to the inner surface of the corresponding conical rollers 4. There are those Rollers are not rigidly connected to one another, but can rotate at different speeds. The equality of the relative eccentricities need not be observed. With such a Device, the elements are most rationally arranged, creating an extremely compact one Construction enables. Another advantage of this variant is the good cooling of the electric motors, which are used in the rollers are housed and have intimate contact with the cool wall of the tunnel.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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