DE3019290C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichlaufsteuerung für die zwischen den Vortriebsmessern und dem Stützrahmen eines Messerschildes angeordneten doppeltwirkenden Messerzylin­ der entsprechend der im Oberbegriff des Anspruchs 1 an­ gegebenen Art.

Bei den bekannten Messerschilden, die vor allem für den Vortrieb von Tunnels, Stollen, Untertagestrecken oder sonstigen Hohlräumen im Erdreich oder auch für den Graben­ vortrieb eingesetzt werden, bildet der Stützrahmen das ge­ meinsame Widerlager für die hydraulischen Messerzylinder, mit deren Hilfe die Vortriebsmesser einzeln oder gruppen­ weise gegen die Ortsbrust vorgepreßt werden. Sobald im Zuge der Vortriebsarbeit sämtliche Vortriebsmesser vor­ gepreßt sind, wird der Stützrahmen nachgeholt, indem alle Messerzylinder gleichzeitig in Einschubrichtung vom hydrau­ lischen Arbeitsdruck beaufschlagt werden. Beim Nachholen des Stützrahmens finden die Messerzylinder ihr Widerlager an den stehenden Vortriebsmessern, die ihrerseits im Reib­ kontakt mit dem umgebenden Erdreich stehen.

Um beim Nachziehen des Stützrahmens unerwünschte Schräg­ stellungen und Verkantungen desselben zu vermeiden und sicherzustellen, daß sämtliche Messerzylinder auf ihren Kolbenstangenseiten im wesentlichen mit gleichen Mengen beaufschlagt werden und trotz möglicher unterschiedlicher Bodenbelastungen synchron einfahren, ist es bekannt, die Steuerung der Messerzylinder als Gleichlaufsteuerung auszu­ bilden (Zeitschrift "Straßen- und Tiefbau" 1978, S. 24-26). Bei einer Gleichlaufsteuerung der gattungsgemäßen Art nach der nicht vorveröffentlichten älteren DE-OS 29 04 087 sind in den hydraulischen Verbindungsleitungen der Messerzylinder Stromregelventile angeordnet, denen Sperrventile vorgeschal­ tet sind, die bei Druckbeaufschlagung der Messerzylinder selbsttätig entsperrt werden und damit die hydraulische Verbindung zu den Messerzylindern über die Stromregelven­ tile öffnen. Bei dieser Gleichlaufsteuerung befinden sich die Stromregelventile und auch die Sperrventile in den zu den Ringräumen der Messerzylinder führenden Leitungen, wobei die Sperrventile aus hydraulisch entsperrbaren Ventilen be­ stehen, deren hydraulische Ansteuerleitungen mit den zu den Kolbenräumen der Messerzylinder führenden Leitungen verbun­ den sind.

Die für die Gleichlaufsteuerungen zur Verfügung stehenden Stromregelventile sind nur für hydraulische Arbeitsdrücke bis etwa 300 bar verwendbar. Bei höheren Arbeitsdrücken sind die Stromregelventile einem solch hohen Verschleiß unterwor­ fen, daß ihr Einsatz nicht mehr tragbar ist. Andererseits ist es aber bei Messerschilden wünschenswert, mit erheblich höheren hydraulischen Arbeitsdrücken in der Größenordnung von 500 bar oder mehr zu arbeiten, um beim Vorschub der Vortriebsmesser und/oder beim Nachziehen des Stützrahmens ausreichend große Kräfte zur Verfügung zu haben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gleichlaufsteuerung für Messerschilde der gattungsgemäßen Art zu verwirklichen, bei der für den Vorschub der Vortriebsmesser und für das Nachziehen des Stützrahmens mit hohen hydraulischen Arbeits­ drücken, insbesondere in der Größenordnung von 500 bar oder darüber, gearbeitet werden kann, ohne daß die Stromregel­ ventile diesen hohen Arbeitsdrücken ausgesetzt werden.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Gleichlaufsteue­ rung sind die Stromregelventile bei Druckbeaufschlagung der Kolbenräume der Messerzylinder gegenüber dem hohen Arbeits­ druck abgesperrt, so daß die Vortriebsmesser mit hohen Vor­ schubkräften vorgepreßt werden können, ohne daß die Strom­ regelventile den hohen Arbeitsdrücken ausgesetzt sind. Beim Nachziehen des Stützrahmens werden die Sperrventile selbst­ tätig geöffnet, so daß für diesen Betriebsfall die Gleich­ laufsteuerung verwirklicht wird. Da aber die Stromregel­ ventile in den die Kolbenräume der Messerzylinder mit dem Rücklauf verbindenden Leitungen sitzen, werden sie in die­ sem Fall von einem Druck beaufschlagt, der um das Unter­ setzungsverhältnis der Messerzylinder kleiner ist als der die Ringräume der Messerzylinder beaufschlagende Arbeits­ druck. Infolgedessen ist es möglich, sowohl beim Vorpressen der Vortriebsmesser als auch beim Nachziehen des Stützrah­ mens mit Arbeitsdrücken zu arbeiten, die erheblich höher liegen als die Drücke, auf welche die Stromregelventile maximal ausgelegt sind.

Die bei der erfindungsgemäßen Gleichlaufsteuerung verwende­ ten Sperrventile bestehen vorzugsweise aus hydraulisch ent­ sperrbare Rückschlagventile, deren Ansteuerleitungen mit den zu den Ringräumen der Vorschubzylinder führenden Anschlußleitungen verbunden sind. Hierdurch läßt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand eine für hohe Arbeits­ drücke geeignete zuverlässige Gleichlaufsteuerung verwirk­ lichen.

Die die Stromregelventile überbrückenden Rückschlagventile können entweder in Überbrückungsleitungen angeordnet sein, welche mit den die Stromregelventile aufnehmenden hydrau­ lischen Leitungen verbunden sind, oder sie können in den die Schaltventile mit den Kolbenräumen der Messerzylinder verbindenden Druckleitungen liegen.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gleichlauf­ steuerung sind in den zu den Ringräumen der Messerzylinder führenden Anschlußleitungen von Druckentlastungsventilen überbrückte hydraulisch entsperrbare Absperrventile ange­ ordnet, deren Ansteuerleitungen mit den zu den Kolbenräu­ men der Messerzylinder führenden Druckleitungen verbunden sind. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß die Vortriebs­ messer im Normalfall gegen Ausschub blockiert sind, so daß stets alle nicht benutzten, stehenden Vortriebsmesser mit dem gemeinsamen Stützrahmen verriegelt sind. Infolgedessen kann der Stützrahmen auch dann nicht in dem Schild zurück­ gleiten, wenn, wie dies zu Steuerungszwecken üblich ist, gleichzeitig mehrere Vortriebsmesser vorgepreßt werden. Beim Durchfahren einer Kurve kann sich der Stützrahmen auf­ grund der Ausschubsperre der stehenden Vortriebsmesser zu­ verlässig auf der kurvenäußeren Seite an den hier befind­ lichen Vortriebsmessern abstützen, die ihrerseits mit dem Erdreich in Reibungskontakt stehen. Dadurch wird sicherge­ stellt, daß sich der Stützrahmen bei einer Richtungssteue­ rung unter der Wirkung der Reaktionskräfte der kurveninne­ ren Messerzylinder sich in die gewollte Richtung dreht. Die Ausschubsperre wird an jedem einzelnen Messerzylinder durch die zugeordneten Druckentlastungsventile in demjeni­ gen Augenblick selbsttätig aufgehoben, in welchem dieser Messerzylinder durch Ventilbetätigung in Ausschubrichtung vom hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagt wird. Die Druckentlastungsventile begrenzen also den Druck in den Ringräumen der Messerzylinder, während die Absperrventile eine Ausschubsperre im Falle einer gezielten Richtungs­ steuerung des Messerschildes bewirken.

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

Fig. 1 in starker schematischer Vereinfachung einen Messerschild, der mit einer Gleichlaufsteuerung der erfindungsgemäßen Art ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Gleichlaufsteuerung in einem Schaltbild;

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 geänderte Ausführungs­ form einer Gleichlaufsteuerung nach der Er­ findung.

Der in Fig. 1 gezeigte Messerschild besteht, wie bekannt, aus einer Vielzahl von Vortriebsmessern 10, die sich in paralleler Ausrichtung zueinander auf einem gemeinsamen Stützrahmen 11 abstützen. Die Vortriebsmesser 10 bilden den Schildmantel, in dessen Schutz die Vortriebsarbeiten durchgeführt werden. Sie können gemeinsam einen geschlos­ senen, z. B. zylindrischen Schildmantel oder einen z. B. an der Sohle offenen Schild bilden.

Der gemeinsame Stützrahmen 11 besteht aus zwei im Axialab­ stand hintereinander angeordneten Rahmenteilen 12 und 13, die über Diagonalverbindungen 14 und über Längsverbin­ dungen 15 zu einem starren Rahmengestell verbunden sind. Zwischen jedem Vortriebsmesser 10 und dem gemeinsamen Stützrahmen 11 ist jeweils ein doppeltwirkender hydrauli­ scher Messerzylinder 16 eingeschaltet. Die Messerzylinder 16 sind über Anschlußgelenke 17 an dem rückwärtigen Rahmen­ teil 13 des Stützrahmens 11 angeschlossen. Ihre Kolben­ stangen 18 sind über Anschlußgelenke 19 mit dem zugehöri­ gen Vortriebsmesser 10 verbunden. In Fig. 1 ist aus Grün­ den der Übersichtlichkeit nur ein Teil der Messerzylinder 16 dargestellt.

Die Messerzylinder 16 sind einzeln oder gruppenweise in Ausschubrichtung beaufschlagbar. Beim Messervortrieb wer­ den die Vortriebsmesser 10 normalerweise einzeln nachein­ ander vorgepreßt. Hierbei stützen sich die Messerzylinder 16 an dem Stützrahmen 11 ab, der seinerseits reibungs­ schlüssig an den stehenden Vortriebsmessern anliegt. Die Vortriebsmesser 10 stehen ihrerseits im Reibkontakt mit dem umgebenden Erdreich 20. Sobald im Zuge der Vortriebs­ arbeit sämtliche Vortriebsmesser 10 um den Zylinderhub in Vortriebsrichtung V vorgefahren sind, wird der Stützrahmen 11 in einem Schritt nachgeholt. Zu diesem Zweck werden die Ringräume sämtlicher Messerzylinder 16 vom hydraulischen Druckmedium beaufschlagt, so daß die sich einschiebenden Messerzylinder 16 den Stützrahmen 11 in dem Schildmantel vorziehen. Hierbei stützen sich die Messerzylinder 16 an den stehenden Vortriebsmessern 10 ab, die ihrerseits in Reibkontakt mit dem Erdreich 20 stehen.

In Fig. 2 ist in einem Schaltbild die Gleichlaufsteuerung für den Messerschild nach Fig. 1 dargestellt. Aus Gründen der Vereinfachung sind hier nur drei Messerzylinder 16 ge­ zeigt. Es versteht sich aber, daß die Gleichlaufsteuerung eine erheblich größere Anzahl an Messerzylindern 16 ent­ sprechend der Anzahl der Vortriebsmesser umfaßt.

Jedem Messerzylinder 16 ist ein von Hand oder durch Fern­ betätigung schaltbares Schaltventil 21 zugeordnet, welches ausgangsseitig über eine Druckleitung 22 mit dem Kolben­ raum 23 des zugehörigen Messerzylinders 16 verbunden ist. Sämtliche Schaltventile 21 sind eingangsseitig über eine gemeinsame Leitung 24 an den Ausgang eines Steuerventils 25 angeschlossen. Eingangsseitig ist das Steuerventil 25 mit der Druckleitung 26 einer von einem Motor 27 angetrie­ benen Pumpe 28 angeschlossen, die das hydraulische Druck­ medium aus einem Vorratstank 29 ansaugt. Außerdem weist das Steuerventil 25 zwei mit dem gemeinsamen hydraulischen Rücklauf 30 verbundene Anschlüsse auf. Der Rücklauf 30 ist über eine Leitung 31 an den Vorratstank 29 angeschlossen. In einer die Leitungen 26 und 31 verbindenden Zwischenlei­ tung 32 ist ein Überdruckventil 33 eingeschaltet. Die Pum­ pe liefert z. B. einen Arbeitsdruck von mindestens 500 bar.

An das Steuerventil 25 ist ausgangsseitig eine zweite Lei­ tung 34 angeschlossen, mit der die Ringräume 35 sämtlicher Messerzylinder 16 jeweils über eine Leitung 36 verbunden sind. In den Leitungen 36 liegt jeweils ein Absperrventil 37, welches als ein über eine hydraulische Steuerleitung 38 ansteuerbares Rückschlagventil ausgebildet ist. Paral­ lel zu jedem Absperrventil 37 ist ein in einer Leitung 39 liegendes einstellbares Druckbegrenzungsventil 40 angeord­ net. Die Leitungen 39 sind über eine gemeinsame Leitung 41 mit der Rücklaufleitung 30 bzw. im Vorratstank 29 verbun­ den.

Jedem Messerzylinder 16 ist ein an sich bekanntes einstell­ bares Stromregelventil 42 mit einem parallel dazu geschal­ teten Rückschlagventil 43 zugeordnet. Die Stromregelventile liegen jeweils in einer Leitung 44, welche die zu dem Rück­ lauf führende Leitung 41 mit dem Kolbenraum 23 des zuge­ hörigen Messerzylinders 16 verbindet. Die Leitungen 44 ver­ laufen parallel zu den Druckleitungen 22; sie sind bei 45 mit diesen verbunden. Den Stromregelventilen 42 ist jeweils ein in der Leitung 44 liegendes Sperrventil 46 vorgeschal­ tet, welches aus einem über eine Steuerleitung 47 ansteuer­ baren Rückschlagventil besteht. Die Steuerleitungen sind jeweils mit der zu dem Ringraum 35 des zugehörigen Messer­ zylinders 16 führenden Druckleitung 36 verbunden. Die den Absperrventilen 37 zugeordneten Steuerleitungen 38 sind hinter den Sperrventilen 46 an die Leitungen 44 ange­ schlossen.

Die Ausgänge sämtlicher Schaltventile 21 sind über ein Rückschlagventil 48 mit einer gemeinsamen Druckabsiche­ rungs-Sammelleitung 49 verbunden, die einerseits über ein Rückschlagventil 50 an die Leitung 34 und vor dem Rück­ schlagventil 50 über ein Überdruckventil 51 an die Rück­ laufleitung 30 angeschlossen ist.

Die beschriebene Gleichlaufsteuerung arbeitet wie folgt: Bei in Schaltstellung 1 befindlichem Steuerventil 25 ist die Leitung 24 mit der Druckleitung 26 der Pumpe 28 ver­ bunden. Durch Umschalten der Schaltventile 21 lassen sich über die Leitungen 22 die Kolbenräume 23 der Messerzylin­ der 16 vom Arbeitsdruck beaufschlagen. Auf diese Weise ist es möglich, die Vortriebsmesser 10 einzeln oder gruppen­ weise in Vortriebsrichtung V vorzupressen. Die in den Ring­ räumen 35 der Messerzylinder 16 befindliche Druckflüssig­ keit wird beim Vorpressen der Vortriebsmesser über die Lei­ tungen 36 in die mit dem Rücklauf 30 verrbundene Leitung 34 ausgeschoben. Hierbei sind die Absperrventile 37 geöffnet, da sie über ihre Steuerleitung 38 mit der druckführenden Leitung 52 verbunden sind. Die Stromregelventile 42 werden dagegen von ihren Sperrventilen 46 gegenüber der druck­ führenden Leitung 22 abgesperrt, so daß sie von dem die Kolbenräume 23 beaufschlagenden Arbeitsdruck nicht be­ lastet werden.

Um nach dem Vorpressen sämtlicher Vortriebsmesser 10 den gemeinsamen Stützrahmen 11 nachzuziehen, werden sämtliche Messerzylinder 16 auf ihrer Kolbenstangenseite vom hydrau­ lischen Arbeitsdruck beaufschlagt. Zu diesem Zweck wird das Steuerventil 25 in die Schaltstellung 2 gebracht, wo­ durch die Leitung 34 mit der Pumpendruckleitung 26 verbun­ den wird. Die Druckflüssigkeit fließt über die Zweiglei­ tungen 36 und die sich öffnenden Absperrventile 37 in die Ringräume 35 der Messerzylinder 16, wodurch diese ein­ schieben. Die hierbei aus den Kolbenräumen 23 der Messer­ zylinder 16 verdrängte Druckflüssigkeit fließt über die Leitungen 44 und die entsperrten Sperrventile 46 sowie die Stromregelventile 42 und die Leitung 41 in den Rück­ lauf 30. Hierbei sind die Sperrventile 46 geöffnet, da ihre hydraulischen Ansteuerleitungen 47 mit der druckfüh­ renden Leitung 36 verbunden sind. Auf diese Weise wird beim Nachziehen des Stützrahmens 11 eine Gleichlaufsteue­ rung bewirkt. Da die Ringfläche der den Messerzylindern zugeordneten Kolben kleiner ist als die volle Kolbenfläche dieser Kolben, ergibt sich beim Einschub der Messerzylin­ der 16 in deren Kolbenraum 23 ein um das Untersetzungsver­ hältnis der Kolbenflächen geringerer Druck in den Kolben­ räumen 23, so daß auch die den Abfluß aus den Kolbenräumen 23 regelnden Stromregelventile 42 nur von diesem vermin­ derten Druck belastet werden. Mit Hilfe der im Ablauf an­ geordneten Stromregelventile 42 ist es daher möglich, den Stützrahmen 11 des Messerschildes unter Ausnutzung des hohen Arbeitsdruckes von z. B. etwa 500 bar nachzuziehen, ohne daß die Stromregelventile 42 diesem hohen Arbeits­ druck ausgesetzt sind. Es versteht sich, daß beim Nach­ ziehen des Stützrahmens 11 die Schaltventile 21 sich in Sperrstellung befinden.

Die vorstehend beschriebene Gleichlaufsteuerung arbeitet auch dann, wenn auf die Anordnung der Ventilvorrichtungen 37, 40 in den zu den Ringräumen 35 der Messerzylinder füh­ renden Leitungen 36 verzichtet wird. Werden diese Ventil­ vorrichtungen vorgesehen, so läßt sich hiermit erreichen, daß beim Durchfahren einer Kurve insbesondere die an der Kurvenaußenseite befindlichen Vortriebsmesser hydraulisch mit dem Stützrahmen 11 verriegelt sind, so daß durch Vor­ schub der an der Kurveninnenseite befindlichen Vortriebs­ messer die für die Richtungsänderung erforderliche Schräg­ stellung des Stützrahmens 11 begünstigt wird. Eine solche Anordnung ist in der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 29 04 087.7 beschrieben.

Da sämtliche Druckleitungen 22 über die Rückschlagventile 48 und die gemeinsame Druckabsicherungs-Sammelleitung 49 an das Überdruckventil 51 angeschlossen sind, wird ver­ hindert, daß sich in den Kolbenräumen 23 und den hiermit verbundenen Leitungen ein unzulässig hoher Druck aufbaut.

Die vorstehend beschriebene Gleichlaufsteuerung läßt sich auch so ausbilden, daß einzelne Vortriebsmesser im Bedarfs­ fall zurückgefahren werden können. In diesem Fall können in den zu den Ringräumen 35 führenden Leitungen oder aber in den mit den Kolbenräumen 23 verbundenen Ablaufleitungen entsprechende Schaltventile angeordnet werden, welche einen differenzierten Einschub der einzelnen Messerzylinder 16 ermöglichen.

In Fig. 3 ist vereinfacht für nur einen einzigen Messer­ zylinder 16 eine geänderte Ausführungsform der Gleichlauf­ steuerung dargestellt. Der Unterschied zu der Anordnung nach Fig. 2 besteht darin, daß die die Stromregelventile 42 überbrückenden Rückschlagventile 43 hier in den Druck­ leitungen 22 angeordnet sind. Das Stromregelventil 42 und das ansteuerbare Sperrventil 46 liegen hier in Reihe hin­ tereinander parallel zu dem Rückschlagventil 43, wobei das Stromregelventil 42 gegenüber der Druckleitung 22 durch ein weiteres Rückschlagventil 52 abgesichert ist, so daß die Parallelleitung 44 nur von dem Ablauf aus dem Kolben­ raum 23 durchflossen wird. Da somit auch hier die Strom­ regelventile beim Nachziehen des Stützrahmens im Ablauf liegen, werden sie gegenüber einer Anordnung im Vorlauf von einer größeren Rückströmmenge durchströmt, was im Hinblick auf die Genauigkeit der Einstellung der Strom­ regelventile vorteilhaft ist.

Claims (4)

1. Gleichlaufsteuerung für die zwischen den Vortriebs­ messern und dem Stützrahmen des Messerschildes angeord­ neten doppeltwirkenden Messerzylinder, mit in hydrauli­ schen Verbindungsleitungen der Messerzylinder angeordne­ ten Stromregelventilen und Schaltventilen, durch deren Betätigung die Messerzylinder einzeln oder gruppenweise ausfahrbar sind, wobei den Stromregelventilen Sperr­ ventile vorgeschaltet sind, die bei Druckbeaufschlagung der Messerzylinder selbsttätig entsperrbar sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Strom­ regelventile (42) in die Kolbenräume (23) der Messer­ zylinder (16) mit dem Rücklauf (30) verbindenden Lei­ tungen (44) angeordnet sind, die von den die Schalt­ ventile (21) mit den Kolbenräumen (23) verbindenden Druckleitungen (22) überbrückt sind, und daß die Sperr­ ventile (46) durch Druckbeaufschlagung der Ringräume (35) der Messerzylinder (16) selbsttätig entsperrbar sind.

2. Gleichlaufsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrventile (46) aus hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventilen bestehen, deren Ansteuerleitungen (47) mit den zu den Ringräumen (35) der Messerzylinder (16) führenden An­ schlußleitungen (36) verbunden sind.

3. Gleichlaufsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß in den zu den Ringräumen (35) der Messerzylinder (16) führen­ den Anschlußleitungen (36) von Druckentlastungsventi­ len (40) überbrückte hydraulisch entsperrbare Absperr­ ventile (37) angeordnet sind, deren Ansteuerleitungen (38) mit den zu den Kolbenräumen (23) der Messerzylin­ der führenden Druckleitungen verbunden sind.

4. Gleichlaufsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregelventile (42) überbrückende Rückschlag­ ventile (43) in den die Schaltventile (21) mit den Kolbenräumen (23) der Messerzylinder verbindenden Druckleitungen (22) liegen.