DE3118523A1 - Gleichlaufsteuerung fuer die hydraulischen messerzylinder eines messerschildes - Google Patents

Description

• Titel: Gleichlaufsteuerung für die hydraulischen
• Messerzylinder eines Messerschildes Zusatz zu Patant ... (Patentanmeldung P 30 19 374.9) Die Erfindung betrifft ein. Gleichlaufsteuerung für die hydraulischen Messerzylinder eines Messerschildes, die durch Schaltbetätigung von Steuerventilen wahlweise mit ihrem Kolbenraum an die Druckleitung eines Pumpenaggregates oder mit ihrem Ringraum an Teilstromleitungen des Pumpanaggregates ansohließbar sind, wobei die Ringräume der Messerzylinder durch Druckentlastungsventile abgesichert sind.
• Messerschilde werden fur den Vortrieb von Tunnels, Stollen Untertagestrecken oder sonstigen Hohlräumen im Erdreich oder auch für den Grabenvortrieb eingesetzt. Bei den bekannten Messerschilden bildet der Stützrahmen das gemeinsame Widerlager fur die hydraulischen Messerzylinder. mit deren Hilfe die Vortriebsmesser einzeln oder gruppenweise gegen die Ortsbrust vorgepreßt werden. Sobald im Zuge der Vortriebsarbeit sämtliche Vortriebsmesser vorgepreßt sind, wird der Stützrahmen nachgeholt, indem alle Messerzylinder gleichzeitig in Einschubrichtung vom hydraulischen Druckmedium beaufschlagt werden. Beim Nachholen des Stützrahmens finden die Messerzylinder ihr Widerlager an den stehenden Vortriebamessern, die ihrerseits im Reibkontakt mit dem umgebenden Erdreich stehen.
• Um beim Nachziehen des Sttltzrahmens unerçanschte Schräg stellungen und Verkantungen des Stntzrahiens zu vermeiden und sicherzustellen, daß sämtliche Messerzylinder auf ihren Kolbenstangenseiten im wesentlichen mit gleichen Mengen beaufschlagt werden, ist es bekannt, die Steuerung der Nesserzylinder als Gleichlaufsteuerung auszubilden. In der deutschen Patentanmeldung P 30 19 374.9 der Anmelderin ist eine Gleichlaufsteuerung beschrieben, bei der die Steuerventile der Messerzylinder eingangaseitig einerseits an eine Teilstrom-Druckleitung und andererseits an eine mehrere Teilströme zusammenfassende Sammeldruckleitung eines Mehrstrompumpenaggregates angeschlossen sind, derart, daß durch Schaltbetätigung der Steuerventile wahlweise die Kolbenräume der zugeordneten Messerzylinder mit der Sanieldruckleitung oder die Ringräume der Messerzylinder mit den Teilstrom-Druckleitungen verbindbar sind. Hiermit ist es möglich, die Vortriebsmesser durch Anschluß der Messerzylinder-Kolbenräume an die Sainmeldruckleitung mit verhältnismäßig großer Vorschubgeschwindigkeit und hohem Druck vorzupressen und den Stützrahmen durch Anschluß der Messerzylnder-Ringräume an die einzelnen Teilstrom-Druckleitungen des Mehrstrompumpenaggregates mit kleiner Geschwindigkeit nachzuziehen. Dies erfolgt nach Art einer Gleichlaufsteuerung, da für das Nachziehen des Sttttzrahmens sämtliche Messerzylinder-Ringräume durch die gleichen Mengen-Teilströme des Mehrstrompumpenaggregates beaufschlagt werden.
• Bei den bekannten Gleichlaufsteuerungen wird der angel strebte Gleichlauf dann gestört, wenn beim Ziehen des Stützrahmens der Druck in den Ringräumen der Messerzylinder den Einstellwert der ihnen zugeordneten Druckentlastungsventile übersteigt, so daß die Ventile ansprechen und Flüssigkeit in den Rücklauf ablassen Die Störung der Gleichlaufsteuerung durch Anspruchen einzelner Druckentlastungsventile kann zu unkontrollierten Schräg Stellungen oder Verkantungen des Stützrabmens und ggf. zu einem Festlaufen des Stützrahmens führen.
• Die vorgenannten Druckentlastungsventile sind vor allem für die Durchführung von Steuerbewegungen des Messerschildes erforderlich, da hierbei bekanntlich durch Vorpressen einer Messergruppe der Stützrahmen gezielt in eine leichte Schrägstellung in Richtung der zu fahrenden Kurve gebracht wird, war voraussetzt, daß die Ringräume der Messerzylinder der stehenden Vortriebsiesser über ihre Druckentlastungsventile entlastet werden können.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messerzylinder-Steuerung wie sie insbesondere aus der Patentanmeldung P 30 19 974.9 der Anmelderin bekannt ist, so auszugestalten, daß die Gleichlaufsteuerung beim Stützrehmenziehen durch Ansprechen der den einzelnen Messerzylindern zugeordneten Druckentlastungsventile nicht gestört werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine nur beim Stützrahmenziehen wirksame Druckabschaltvorrichtung vorgesehen ist, welche die »ruckmittelzufUhrung für sämtliche Messerzylinder bei einem Systemdruck abschaltet, der niedriger liegt als der Ansprechdruck der einzel nen Druckentlastungsventile.
• Mit der Anordnung der genannten Druckabschaltvorrichtung wird der Vorgang des Stützrahmenziehens sofort abgeschaltet, wenn das Nachziehen des Stützrahmens auf einen bestimmten Widerstand stößt, was in der Praxis vor allem dann der Fall ist, wenn sich im Vorschubweg des Stutzrahmens ein Hindernis, z.B. ein Gesteinshindernis, ein Ausbruch der Ortibrust od.dgl. befindet oder wenn bei nicht-standfester Ortsbrust die Brustabstützung dem Rahienziehen einen übermäßigen Widerstand entgegensetzt. Da der Ansprechdruck der Druckabschaltvorriohtung niedriger ist als der Ansprechdruck der einzelnen Druckentlastungsventile, kann sich beim Stützrahmenziehen in den Ringräumen der Messerzylinder kein Druck aufbauen, bei dem einzelne Druckentlastungiventile ansprechen und dadurch den Gleichlauf stören. Beim Ansprechen der Druckabschaltvorrichtung wird der Vorgang des Stützrahmenziehens durch Druckabschaltung sämtlicher Messerzylinder sofort stillgesetzt. Es ist dann erforderlich, das dem Rahmenziehen entgegenwirkend. Hindernis zu beseitigen, bevor erneut der Vorgang des Stützrahmenziehens eingeleitet wird.
• Die Druckabschaltvorrichtung ist nur beim Stützrahmenziehen wirksam, so daß sich bei allen anderen Betriebszuständen ii hydraulischen System ein Druck aufbauen kann, der über dem Ansprechdruck der Druckabschaltvorriohtung liegt. Die Sperrung der Druckabschaltvorrichtung im Normalbetrieb kann in einfacher Weise auf elektrische oder hydraulische Weise in Abhängigkeit von der Schaltstellung der den Messerzylindern zugeordneten Steuerventile erfolgen.
• FUr die Druckabschaltvorrichtung kann ein einfacher Druckschalter Verwendung finden, der ein die Druckleitung mit dem Rücklauf verbindendes Schaltventil steuert. Vorzugsweise wird die Druckabschaltvorrichtung bzw. der Druckschalter an die gemeinsame Sammeldruckleitung des Mehrstrompumpenaggregates angeschlossen.
• Der Ansprechdruck der Druckabschaltvorrichtung wird zweckmäßig mindestens etwa 5 bis 15% niedriger eingestellt als derJenige der den Ringräumen der einzelnen Messerzyld zugeordneten Druckentlastungsventile. Bei Druckbeaufschlagung der Ringräume der Messerzylinder kann der Fall ein treten, daß nicht der Stützrahmen vorgezogen, sondern vielmehr der gesamte Messermantel zurückgezogen wird. Dies ist dann möglich, wenn die Vortriebsmesser keine ausreichende Reibung am umgebenden Erdreich haben. Falls die geologischen Verhältnisse so beschaffen sind, daß die Gefahr eines Zurückziehens des Messermantels besteht, empfiehlt es sich, die Druckabschaltvorrichtung auf einen Aneprechdruck einzustellen, bei welchem ein Zurückziehen des gesamten Messermantels mit Sicherheit nicht eintreten kann, Zur Anpassung an die verschiedenen Betriebsbedingung en ist es s gebracht, eine Druckabschaltvorrichtung zu verwenden, die sich auf unterschiedliche Ansprechdrücke einstellen läßt.
• In der Zeichnung ist ein AusfUhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerung fur die hydraulischen Messerzylinder eines Messerschildes im Schaltbild dargestellt. Die Steuerung entspricht in ihrem Aufbau weitgehend der3enigen nach der Patentanmeldung P 30 19 374.9, deren Offenbarungsinhalt zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
• Die dargestellte Steuereinrichtung ist fur einen Messerschild bekannter Ausführung bestimmt, bei welchem die Vortriebsmesser einzeln oder gruppenweise mittels hydraulischer Messerzylinder 16, die sich an einem gemeinsamen Stutzrahmen abstützen, in Vortriebsrichtung vorgepreßt werden, und bei welchem der Stützrahmen durch Druckbeauschlagng sämtlicher Messerzylinder in Einschubrichtung nachgezogen wird. In der Zeichnung sind aus Gründen der Vereinfachung nur vier Messerzylinder mit den zugeordneten Steuerventilen gezeigt, obwohl ein Messerschild selbstzerständlioh eine erheblich größer Anzahl an Vortriebsmessern und Messerzylindern aufweist. Das hydraulische Druckversorgungssystem für sämtliche Messerzylinder 16 des Messerschildes besteht aus einem Mehrstrempumpenaggregat, insbesondere einer von einem Motor 21 angetriebenen Vielkolbenpumpe 22, die vorzugsweise als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist und auf gemeinsamer Pumpenwelle 23 mehrere Zylinderblöcke 24 aufweist, die jeweils lit sieben Puwpenausgängen versehen sind. Jeder der drei Zylinderblöcke 24 umfaßt z.B. sieben oder vierzehn Kolben-Zylindereinheiten in radialer Anordnung. Bei sieben Kolben-Zylindereinheiten fördert jede Kolben-Zylindereinheit in eine eigene Teilstrom-Druckleitung. Bei vierzehn Kolben-Zylindereinheiten je Zylinderblock 24 fördern jeweils zwei Kolben-Zylindereinheiten in eine gemeinsame Teilstrom-Druckleitung. Die Vielkolbenpumpe 22 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel demgemäß einundzwtnzig Pumpenausgänge auf, an welche über Rückschlagventile 25 die einzelnen Teilstrom-Druckleitungen 1 bis 7 bzw. 1' bis 7' bzw. 1" bis 7" angeschlossen sind. Die Anzahl der Teilstrom-Druckleitungen entspricht der Anzahl der Messerzylinder 16 des Messerschildes, Jede der Teilstrom-Druckleitungen 1 bis 7, 1' bis 7' und 1" bis 7" ist über eine Anschlußleitung 26 an ein gesondertes, handbetätigtes oder fernbetätigtes Steuerventil 27 angeschlossen. Jedem Messerzylinder 16 ist ein eigenes Steuerventil 27 zugeordnet. Die Steuerventile 27 bestehen aus 5/4-Wegeventilen. Sie sind ait ihren beiden Ausgängen über Anschlußleitungen 28 und 29 an den Kolbenraum 30 bzw. den Ringraum 31 des zugehörigen Messerzylinders 16 angeschlossen.
• Eingangsseitig sind die Steuerventile 27 außerdem mit einer gemeinsamen Rücklaufleitung 32, 33 verbunden, die zu dem Vorratsbehälter 34 für das hydraulische Druckmedium führt, aus welchem die Pumpe 22 das Druckmedium ansaugt.
• Außerdem sind sämtliche Steuerventile 27 eingangsseitig an eine gemeinsame Sammeldruckleitung 35 angeschlossen, mit der sämtliche Teilstrom-Druckleitungen 1 bis 7. 1' bis 7' und 1" bis 7" über Abzweigungen 36 mit darin engeschalteten RUckschlagventilen 37 verbunden sind, Die Abzweigungen 36 sind hinter den Rückschlagventilen 37 an eine gemeinsame Zweigleitung 38 angeschlossen, mit Der die Sammeldruckleitung 35 über ein Rtlcksohlagventil 39 verbunden ist. Außerdem ist in einer die Zweigleitung 38 mit dem Vorratsbehälter 34 verbindenden Leitung 40 ein auf den maximalen Arbeitsdruck eingestelltes Uberdruckventil 41 eingeschaltet. Die Zweigleitung 38 ist ferner mit einem Umlaufkreis 42 verbunden, in welchem ein druckgesteuertes Schaltventil 43 angeordnet ist. Das Schaltventil 43 ist als Magnetventil ausgebildet; es wird von einem Drucksohalter 44 betätigt, der an die Sammeldruckleitung 35 angeschlossen ist. Außerdem ist an die Sammeldruckleitung 35 ein Druckspeicher 45 angeschlossen.
• Die Vielkolbenpumpe 21 fördert demgemäß das Druckmedium in die einzelnen TeilstromDruckleitungen 1 bis 7, 1' bis 7' und 1" bis 7", die einerseits jeweils mit einem Steuerventil 27 und andererseits über die Abzweigungen 36 und die Zweigleitung 38 mit der gemeinsamen Sammeldruckleitung 35 verbunden sind. Bei Überschreiten eines vorbestiumten Arbeitsdrucks wird das Schaltventil 43 von dem Druckschalter 44 geöffnet, so daß die Vielkolbenpumpe das Bruckmedium über den Umlaufkreis 42 drucklos in den Vorratsbehälter 34 fördert. Bei geschlossenem Schaltventil 43 steht der Pumpendruck sowohl in den Teilstrom-Druckleitungen als auch in der Sammeldruckleitung an. Der Druckspeicher 45 hält den Druck in dem System auch dann, wenn die Pumpe vortibergehend stillgesetzt wird. Er gleicht außerdem Druckschwankungen und geringe Leckagen aus.
• In der dargestellten Schaltposition c der Steuerventile 27 sind die beiden Anschlußleitungen 28 und 29 der Messerzylinder 16 abgesperrt, so daß die Messerzylinder hydraulisch verriegelt sind. Die beiden Anschlußleitungen 28 und 29 eines Seden Messerzylinders 16 sind Jeweils über ein Druckentlastungaventil 46 bzw. 47 mit dem RUcklauf 32, 33 verbunden.
• Um die Kolbenräume 30 der Messerzylinder 16 zum Vorschub des zugeordneten Vortriebsmessers zu beaufschlagen, werden die Steuerventile 27 in die Schaltposition a gebracht, in der die Leitung 29 mit dem Rücklauf 32, 33 verbunden ist. Hierdurch wird ein rascher Vorschub der Vortriebsmesser durch die über die Sammeidruckleitung 35 zugeführte große Flüssigkeitsmenge erreicht.
• Nachdem sämtliche Vortrisbsmesser vorgepreßt sind, wird der Stützrahmen nachgezogen. Zu diesem Zweck werden sämtliche Steuerventile 27 in die Schaltstellung b gebracht, in der die Kolbenräume 30 der Messerzylinder 16 mit dem Rücklauf 32, 33 und die Ringraume 31 der Messerzylinder über die Leitungen 26 mit den betreffenden Teilstrom-Druckleitungen 1 bis 7, 1' bis 7', 1" bis 7" verbunden sind. Dadurch werden sämtliche Messrzylinder 16 auf ihrer Kolbenstangenseite mit gleichen Flüssigkeitsmengen beaufschlagt, wodurch der Stützrahmen nach Art einer Gleichlaufsteuerung vorgezogen wird.
• In der Schaltstellung a sind die Ringräume 31 der Messerzylinder 16 mit der Sammeldruokleitung 35 und die Kolbenräume 30 mit dem Rücklauf 32, 33 verbunden. In diesem Fall erfolgt ein rascher Einschub der Messerzylinder 16.
• Diese Schaltstellung wird gewählt, wenn ein einzelnes Vortriebsmesser oder einige einzelne Vortriebsmesser im Eilgang zurtickgezogen werden sollen.
• Das vorstehend beschriebene System ist so ausgelegt, daß in den Schaltstellungen d und a alle Pumpen-Teilströme in die Sammeldruckleitung 35 gespeist werden, während in der dargestellten Verriegelungsstellung c die Teilströme über den Umlaufkreis 42 drucklos in den Vorratsbehälter 34 zurUckgefrdert werden.
• An die Sammeldruckleitung 35 ist eine Druckabschaltvorrichtung 50 angeschlossen, die aus einem Druckschalter besteht, der bei einem vorgegebenen Ansprechdruck die Sammeldruckleitung 35 mit dem Rücklauf 32, 33 verbindet.
• Der Ansprechdruck der Druckabschaltvorrichtung 50 ist einstellbar. Bei Erreichen des jeweils eingestellten Ansprechdrucks in der Sammeldruckleitung 35 schaltet der Druckschalter ein Schaltventil, welches die Sammeldruckleitung 35 mit dem Rücklauf 32, 33 verbindet.
• Der Ansprechdruck der Druckabschaltvorrichtung 50 ist um mindestens etwa 5 bis 15% niedriger als der Ansprechdruck der den Ringräumen 31 der Messerzylinder 16 zugeordneten Druckentlastungsventile 47. Wenn z.B. der Ansprechdruck der Druckentlastungsventile 47 330 bar beträgt, so wird der Ansprechdruck der Druckabschaltvorrichtung 50 z.B.
• auf einen Druckwert von 300 bar eingestellt. Der Ansprechdruck des Druckschalters 44 und der den Kolbenräumen 50 der Messerzylinder 16 zugeordneten Druckentlastungsventile 46 liegt höher als die Ansprechdrücke der Druckentlastungsventile 47 und der Druckabschaltvorrichtung 50.
• Er kann z.B. bei 450 bis 500 bar liegen.
• Die Druckabschaltvorrichtung 50 ist nur beim Stützrahmenziehen wirksam, wenn sich sämtliche Steuerventile 27 in der Schaltposition b befinden. Falls das Nachziehen des Stützrahmens z,B. durch ein im Weg des Stützrahmens befindliches Hindernis auf einen Widerstand stößt, bei welchei der Druck in den Ringräumen 31 der M.sserzylinder 16 auf einen Wert ansteigt, bei welchem die gemeinsame Druckabschaltvorrichtung 50 anspricht, wird der Vorgang des Stützrahmenziehens sofort unterbrochen, so daß das Hindernis beseitigt und anschließend das Stützrahmenziehen erneut eingeleitet werden kann. Da der Ansprechdruck der Druckabschaltvorrichtung 50 niedriger liegt als der Ansprechdruck der einzelnen Druckentlastungsventile 47, kann sich beim Stützrahmenziehen in den Ringräumen 31 der Messerzylinder 16 kein Druck aufbauen, bei dem einzelne Druckentlastungsventile 47 ansprechen und dadurch den Gleichlauf stören.
• Die Druckabschaltvorrichtung 50 ist nur beim StUtzrahmenziehen wirksam, so daß sich bei allen anderen Betriebszuständen im hydraulischen System und damit auch in der Sammeldruckleitung 35 ein Druck aufbauen kann, der über dem Ansprechdruck der Druckabschaltvorrichtung 50 liegt. Die Sperrung der Druckabschaltvorrichtung 50 läßt sich in einfacher Weise auf elektrisches oder hydraulischen Wege in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Steuerventile 27 bewerkstelligen, beispielsweise derart, daß die Steuerventile 27 über eine elektrische oder hydraulische Steuerleitung mit der Druckabschaltvorrichtung 50 verbunden sind, derart, daß beim Umschalten der Steuerventile 27 in die Schaltposition b über die Steuerleitung die Druckabschaltvorrichtung entsperrt und beim Umschalten der Steuerventile in die anderen Schaltpositionen a, c und d die Druckabschaltvorrichtung 50 gesperrt wird.
• Falls die Vortriebsmesser des Messerschildes nur mit geringer Reibung am umgebenden Erdreich anliegen und die Gefahr besteht, daß bei Druckbeaufschlagung sämtlicher Ringräume 31 der Messerzylinder 16 nicht der Stützrabmen vorgezogen, sondern vielmehr der gesamte Messermantel zurückgezogen wird, kann der Ansprechdruck der Druckabschalt-Vorrichtung 50 auf einen solch niedrigen Wert eingestellt werden, daß mit Sicherheit ein Zurückziehen des Messermantels vermieden wird. Während beim Stützrahmenziehen im hydraulischen System der Druck durch den Ansprechdruck der Druckabschaltvorrichtung 50 bestimmt wird, herrscht in 3eder anderen Betriebssituation in hydraulischen System ein erheblioher höherer Druck, der durch den Ansprechdruck des Druckschalters 44 und der Druckentlastungsventile 46 bestimmt wird. Es ist daher möglich, die Vortriebsmesser mit hohen Drücken vorzupressen.
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Claims (5)

1. Titel: Gleichlaufsteuerung für die hydraulischen Messerzylnder eines Messerschildes Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 30 19 374.9) P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Gleichlaufsteuerung fur die hydraulischen Messerzylinder eines Messerschildes, die durch Sohaltbetätigung von Steuerventilen wahlweise mit ihrem Kolbenraum an die Druckleitung eines Pumpenaggregetes oder mit ihrem Ringraum an Telistromleitungen des Pumpenaggregates anschließbar sind, wobei die Ringräume der Nesserzylinder durch Druckentlastungsventile abgesichert sind, nach Patent ... (Patentanaeldung P 30 19 374.9), d a -d u r ¢ h g e k e n n z e 1 c h n e t , daB eine nur beim Stützrahmenziehen wirksame Druckabschaltvorrichtung (50) vorgesehen ist, welche die Druckmittelzuftlhrung für sämtliche Messerylinder (16) bei einem Systemdruck abschaltet, der niedriger liegt als der Ansprechdruck der einzelnen Druckentlastungsventile (47).
2. 2. Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r e h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Druckabschaltvorrichtung (50) aus einem Druckschalter und eines von diesem betätigten, die Druckleitung mit dem Rücklauf verbindenden Schaltventil besteht.
3. 3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i e h n e t , daß der Ansprechdruck der Druckabschaltvorrichtung (so) etwa 5 bis 15% niedriger liegt als derjenige der Druckentlastungsventile (47).
4. 4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerventile der Messerzylinder eingangsseitig einerseits an eine Teilstrom-Druckleitung und andererseits an eine mehrere Teilströme zusammenfassende Samseldruckleitung eines Mehrstrompumpenaggregates angeschlossen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Druckabschaltvorrichtung (50) an die gemeinsame Sammeldruckleitung (35) des Mehrstrotpumpenaggregates (22) angeschlossen ist.
5. 5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckabschaltvorrichtung (50) auf unterschiedliche Ansprechdrücke einstellbar ist.