DE3019290C2 - - Google Patents
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- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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- E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
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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.
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