DE3343120C1 - Tunnelvortriebsmaschine mit einem mit Schneidwerkzeugen bestückten, durch einen Antrieb bewegten Werkzeugträger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tunnelvortriebsmaschine, bei der die Werkzeugträger aus zwei um eine senkrechte Achse schwenkbar gelagerten Flügeln bestehen, die mn einen Winkel von ca. §0° hin- und herschwenkbar sind und an denen Schneidwerkzeuge entlang einer Linie angeordnet sind, die einer seitlichen Hälfte des Profils der aufzufahrenden Strecke entspricht, und bei der die Werkzeugträger mit einem Antrieb verbunden sind, mi der sie in hin- und hergehende Schwenkbewegungen versetzt.

Ks ist bekannt, zum Auffahren von unteriägigcn Strecken sogenannte Vollschnittmaschincn zu verwenden. Diese weisen einen um eine waagerechte Achse t>i umlaufenden Schneidkopf auf, der mit KollcMinciUcIn oder ähnlichen Schneidwerkzeugen bestückt ist. Maschinen dieser Art können nur kreisrunde Slreckenqucrschniltc erzeugen, wobei der von einer bestimmten Maschine herzustellende Kreisdurchmesser normalerweise nicht verändert werden kann.

Es ist auch bekannt, untcnätigc Strecken mit nicht kreisförmigem Querschnitt mit Hilfe sogenannter Tcilschnittmaschinen herzustellen. Derartige Maschinen weisen einen beweglichen Arm auf, an dessen Ende sich ein Fräswerkzeug befindet. Durch entsprechende Steuerung der Bewegungen des Werkzeugträgers ist es möglich, die verschiedenartigsten Querschnitte herzustellen. Die Genauigkeit des betreffenden Slrcckcnquerschnilts hängt aber weitgehend von der Geschicklichkeit des ßedicnungsmanncs ab, es sei denn, die Maschine wird aufwendig '.lurch ein besonderes Programm gesteuert. Die Leistung derartiger Maschinen ist jedoch relativ klein, weil immer nur ein kleiner Teil der Ortsbrust vom Werkzeug bearbeitet wird.

Bei einer weiteren bekannten Vortriebsmaschine, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, besteht der Werkzeugträger aus zwei um eine senkrechte Achse schwenkbaren Flügeln, an denen die Schneidwerkzeuge in einer Linie angeordnet sind, die jedem beliebigen Tunnelprofil angepaßt werden kann. Der Werkzeugträger ist mit einem Antrieb verbunden, der ihn in eine hin- und hergehende Schwenkbewegung versetzt.

Die Werkzeuge sind hierbei umfangsseitig schneidende Messerköpfe, crjl denen die Ortsorust bestrichen wird.

Die bekannte Maschine ist aufwendig, weil die in beiden Schwcnkrichlungcn der Flügel schneidenden Messerköpfe Einzclamricbc haben müssen, wodurch hohe Antriebsenergien zur Verfugung gestellt werden müssen. Die Abstimmung der beiden Flügel während des Schnittes und der Frcischnitt der Messerköpfe verkomplizieren die Maschine weiter.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vortriebsmaschine der anmeldungsgcmäßcn Gattung derart weiterzubilden, daß mit einfachen baulichen Mitteln Strecken von verschiedenartigsten Qucrschnillsformen mit großer Genauigkeit herstellbar sind.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mittel und Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung ermöglicht es, jeweils den einen Flügel des Werkzeugträgers um einen weiter vorn liegenden Drehpunkt zu schwenken und dabei mit den Schneidwerkzeugen auf die Tiinnclwand zur Einwirkung zu bringen, während der andere Flügel des Werkzeugträgers sich um den weiter hinten gelegenen Drehpunkt ohne Angriff an die Tiinnclwand bewegt. Durch taklmäfligcs Drehen der Exzenterwelle kann jeder der beiden Flügel mit seinen Schneidwerkzeugen, während diese die halbe Ortsbrust bestreichen, auf die gewünschte Schnittiefe in Eingriff gebracht werden. Dadurch kommt die Maschine mit geringen Antricbslcistungcn aus, wodurch sich der Gesamtaufwand reduziert. Es kann mit einfachen Rollenbohrwcrkzciigcn(Schncidrollen) gearbeitet werden.

Günstige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Untcransprüchen angegeben.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bzw. den Figuren. Es zeigt

I·' i g. I drei Beispiele für SlreckcnquersehniUe, die mit der crfindiirigsgemälJen Maschine hergestellt werden können,

Fi g. 2 eine .schematisierte Draufsicht auf ein Aiisfüh-

^{3 4}

rungsbeispiel der Maschine nach der Erfindung, schwenkbar am Rahmen 1 und mit ihren Kolbenstangen

F ig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfin- am vorderen Ende bei 12 jeweils schwenkbar an Konso-

dung, in schematisierter Draufsicht dargestellt. len 13 befectigt sind. Die Konsolen 13 wiederum sind niit

F i g. 4 die Exzenterwelle im waagerechten Schnitt, den Flügeln 7 bzw. 8 verbunden. Fig.5a bis 5e den Ablauf der Arbeitsvorgänge mit 5 Beim Einziehen der Kolbenstange des in der Abbil-

der Maschine nach Fig.3 und4, dung rechts befindlichen Zylinders 10 und gleichzeiti-

F i g. 6 eine Seitenansicht der Maschine, gern Ausfahren der Kolbenstange des in der Abbildung F i g. 7a und 7b ein anderes Ausführungsbeispiel der links befindlichen Zylinders 10 führen die Arme 7 und 8 Maschine in zwei verschiedenen Arbeitsstellungen und eine Schwenkbewegung um mindestens 90° nach rechts F i g. 8a und 8b ein weiteres Ausführungsbeispiel, io aus. Dabei lösen die Schneidrollen 9 auf ihrer etwa vier-

ebenfalls in zwei Arbeitsstellungen. telkreisförmigen Bahn Gestein aus der halbrund konka-

In F i g. 1 sind drei Querschnittsformen als Beispiele ven Ortsbrust 14. Der Zylinder 4 sorgt für den angemes-

für mit der erfindungsgemäßen Maschine aufzufahren- senen Schneiddruck der Werkzeuge 9 dadurch, daß

de Tunnel dargestellt. Bei ,4 handelt es sich um ein bo- Druckmittel in den in Vortriebsrichtung vor dem KoI-

genförmiges Profil herkömmlicher Art Bei B ist ein 15 ben 4a liegenden Zylinderraum geleitet wird. Sobald der

Streckenquerschnitt wiedergegeben, der etwa der un- Vorschubweg des Zylinders 4 erschöpft ist, werden die

teren Hälfte des Profils nach A entspricht und demge- Pratzen 2 gelöst und der Maschinenrahmen 1 durch

maß trap2zförmige Gestalt hat. C stellt eine im Quer- Einleiten von Druckmittel in den hinter dem Kolben 46

schnitt rechteckige untertägige Strecke dar. liegenden Raum des Zylinders 4 nachgezogen. Nach er-

Um das Profil gemäß A herzustellen, wird ein Werk- 20 neutem Verspannen der Pratzen 2 ist die Maschine wie-

zeuEträRer 6 verwendet, der — wie beispielsweise im der arbeitsbereit.

Zusammenhang mit Fig. 2 noch zu erläutern — zwei Bei der Darstellung in Fig. 2 sind nur d*.e wichtigsten Flügel aufweist, von denen in Fig. IA nur der Wirkbe- Elemente schematisch angegeben. Selbstverständlich

reich des Flügels 7a angedeutet ist Es handelt sich hier- wird eine einsatzfähige Maschine um Einrichtungen

bei um eine Art Rahmen, dessen Außenumriß dem hai- 25 zum Abtransport des gelösten Gesteins ergänzt

ben Profil der aufzufahrenden Strecke entspricht Am Bei hi.iterem Gestein ist es ratsam, jeweils nur einen

Außenrand dieses Flügels 7a befindet sich eine Anzahl Flügel mit den Werkzeugen in Eingriff mit der Ortsbrust

von Schneidwerkzeugen 9, vorzugsweise Diskenmeißel, zu haben. Eine Einrichtung, die es auf einfache Weise

die beim Hin- und Herschwenken des Flügels 7a um die ermöglicht, abwechselnd die Flügel 7 und 8 in Arbeitsla-

aufrechte Mittelachse gemäß Fig.2 das gewünschte 30 ge zu bringen, ist in Fig.3 angedeutet Die Einrichtung

Profil aus dr;m Gestein herausschneidet besteht im Prinzip darin, daß die Flügel um zwei vonein- Das Streckenprofil nach B entsteht entsprechend ander verschiedene, jedoch in der Längsachse der Ma-

durch einen abgewandelt geformten Flügel 7b, der wie- schine hintereinanderliegende Drehachsen beweglich

derurn an seinem Außenumfang, der dem Streckenprofil sind und daß diese beiden Drehachsen ihre Lage zuein-

folgt mit Schneidwerkzeugen 9 ausgestattet ist. Die Ar- 35 ander vertauschen können. In F i g. 3 ist der Flügel 7 um

beitswcise ist bei dieser Ausbildung des Flügels die glei- die Drehachse 15, der Flügel 8 um die Drehachse 16

ehe wie bei A. drehbar. Wie sich ebenfalls aus F i g. 3 ergibt bestreicht

Das gilt auch für das bei C dargestellte rechteckige der in Arbeitsstellung befindliche Flügel 7 einen weiter Streckenprofil mit dem werkzeugbesetzten Flügel 7c. vorn befindlichen Viertelkreis, als dies der Flügei 8 in Hervorzuhe^Ken ist bei allen Ausführungsbeispielen, daß 40 dieser Stellung tut Daher wird gemäß F i g. 3 bei Bewees durch entsprechende Anordnung der Schneidwerk- gun» des Flügeis 7 im Uhrzeigersinn Gestein nur in der zeuge 9 gelingt, auch sehr scharfe und sauber gearbeite- linken Tunnelhälfte gelöst. Flügel 8 dreht sich, ebenfalls te Ecken im Profil der Strecke anzubringen. Es ist, wie im Uhrzeigersinn, ohne Angriff seiner Werkzeuge am sich ohne weiteres ergibt, auch möglich. Strecken mit Gestein in seine rechte Endlage, unsymmetrischen Profilen aufzufahren, beispielsweise 45 Eine sehr einfache Einrichtung zurr, schrittweisen indem ein Flügel 7b mit einem Flirjel 7c kombiniert Vorwärtsbewegen der Werkzeuge durch Wechseln der wird. Es ergibt sich dann ein Profil, das in der einen Drehpunkte 15 und 16 ergibt sich dann, wenn die Dreh-Hälfte der Ausführungsform B, in der anderen Hälfte achsen 15 und 16 Exzenter auf einer ihrerseits drehbader Ausführungsform Centspricht. ren Exzenterwelle 17 sind. Wird beispielsweise aus der

Ein erstes AusfUhrungrieispiel für eine Tunnelvor- 50 Stellung gemäß Fi g. 4 die Exzenterwelle 17 gegen den

triebsmsschine nach der Erfindung ist aus F i g. 2 er- Uhrzeigersinn gedrelit, so bewegt sich der Exzenter 16,

sichtlich, die eine schematisierte Draufsicht darstellt. um den der Flügel 8 drehbar ist, nach vorn vor den

Die Maschine besteht aus einem Rahmen 1, der sich mit Exzenter 15, wobei der Exzenter einen Weg zurücklegt, Hilfe von ein- und ausfahrbaren Pratzen 2 gegen die der dem Zweifachen der Exzentrizität £ entspricht. Na- Tunnelwand abstützt. Die hierfür vorgesehenen Druck- 55 türlich wird der Vorschubzylinder 4 ebenfalls um den

mittelzyltnder sind bei 3 angedeutet. gleichen Weg nach vorn ausgefahren, um den Angriff

Auf dem Rahmen 1 ist ein in der Längsachse der der Werkzeuge am Gestein aufrechtzuerhalten. Maschine befestigter Vorschubzylinder 4 angeordnet, Ein Arbeitszyklus, bei dem abwechselnd der linke und

an dessen vorn liegendem Ende eine senkrecht stehende rechte Flügel mit c'^m Gestein in Eingriff kommt, ist in

Achse 5 angeordnet ist Um diese Achse 5 ist ein bei 6 60 Fig.5 wiedergegeben. Der Flügel 7 bewegt sich bei a)

angedeuteter Werkzeugträger in waagerechter Rieh- aus der links befindlichen Endstellung im Uhrzeigersinn

tung schwenkbar befestigt, der zwei um 90° gegenein- um den Drehpunkt 15. Dabei löst er das Gestein auf dem

ander versetzte Flügel 7 und 8 aufweist. An den Enden in der linken Abbildungshälfte dargestellten Viertel-

der Flügel 7 und 8 sind in entsprechenden Lagerungen kreis. Gleichzeitig geht der andere Flügel 8, ebenfalls im

Schneidrollen angeordnet. 65 Uhrzeigersinn, durch Schwenkung um den zurücklie-

Die hin- und hergehende Bewegung: der Flügel 7 und genden Drehpunkt 16 leerlaufend in seine Endstellung. 8 wird durch zwei doppeltwirkende Druckmittelzylin- In b) haben beide Flügel 7 und 8 ihre Endstellung erder erzeugt, die an ihren hinteren Enden bei 11 reicht.

5 6

Nunmehr werden die Schwenkpunkte 15 und 16 in Schwenkbewegung des Werkzeugträgers 6 uus der ihrer Stellung zueinander vertauscht, d. h. 16 wird gegen Stellung nach F i g. 7a in diejenige nach F i g. 7b wird der den Uhrzeigersinn um 15 herum nach vorn verlagert. Kolben 196 mit Druckmittel beaufschlagt, so daß der Dadurch nimmt der Flügel 8 die in c) gezeigte Lage ein. Diskenmeißel 196 gegen das Gestein gedrückt wird. Der jetzt für 8 vorhandene Schwenkpunkt stimmt nicht 5 Gleichzeitig wird das Werkzeug 9« durch entsprechend mehr mit dem Mittelpunkt des zuvor hergestellten vier- entgegengesetzte Beaufschlagung des Kolbens 19a aus telkreisförmigen Wandabschnitts des Tunnels überein. der Arbeitsstellung zurückgezogen.
Daher schneiden die Werkzeuge am Flügel 8 beim Be- Wenn der Werkzeugträger 6 die Stellung gemäß

wegen dieses Flügels gemäß d) gegen den Uhrzeiger- F i g. 7b erreicht hat, wird das Werkzeug 9a in Arbeitssinn einen Span von zunehmender Tiefe aus dem Ge- io stellung vorgeschoben und das Werkzeug 96 aus der stein heraus. Das kommt der erforderlichen Antriebslei- Arbeitsstellung zurückgezogen. Dies erfolgt durch entstung der Maschine zugute, weil ihre Belastung unmit- sprechende Beaufschlagung der Kolben 19a und 196 mit telbar nach dem Anfahren in der neuen Schwenkrich- Druckmittel. Vorteilhaft ist, daß die Druckmittelbetätitung gering ist und erst zum Ende des Schwenkweges gung eine sehr genaue Einstellung bzw. Begrenzung des ihr Maximum, nämlich volle Schnittiefe, erreicht. Die 15 Schneiddruckes ermöglicht und daß ggf. auch beide genannte Einstellung ist in e) dargestellt. Der Arbeits- Werkzeuggruppen gleichzeitig in Arbeitsstellung gezyklus beginnt dann wieder wie oben bei a) angegeben. bracht werden können, wenn das Gestein dies erlaubt.
Die Schneidwerkzeuge bearbeiten daher die Wandteile. Eine ähnliche Lösung für eine Vorrichtung zum ab-

die später die aufgefahrene Strecke begrenzen, mit sehr wechselnden Andrücken der Werkzeuggruppen zeigen geringer Eindringtiefe, so daß die Wände des fertigen 20 die F i g. 8a und 8b. Bei dieser Lösung ist jedoch ein Tunnels außerordentlich genau geformt sind. gleichzeitiges Arbeiten mit beiden Werkzeuggruppen

F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiei für eine Maschi- nicht möglich. Gemäß F i g. 8a sind die Diskenmeißel 9 ne, die die Arbeitsvorgänge nach den F i g. 3 bis 5 aus- an den beiden seitlichen Enden einer Schwinge 21 angeführen kann, in schematischer Seitenansicht. Die Dar- ordnet, die um den Gelenkbolzen 22 an dem Werkzeugstellung entspricht F i g. 5b. d. h_M der Flügel 7 befindet 25 träger 6 schwenkbar befestigt ist. Zwischen der Schwinsich in seiner in der Mittelachse des Tunnels befindli- ge 21 und dem Werkzeugträger 6 sind Verstellzylinder chen Endstellung, nachdem er die Schwenkung nach angebracht, die bei 26 an dem Werkzeugträger 6 angeinnen um den Exzenter 15 ausgeführt hat Der Exzenter lenkt rind. Die nach außen führenden Kolbenstangen 15 auf der Exzenterwelle 17 ist, wie in F i g. 4 gezeigt, der in den Zylinder geführten Kolben 23a bzw. 24a sind nach vorn gedreht. Die mit dem Flügel 7 verbundenen 30 bei 25 an der Schwinge 21 angelenkt.
Lagerkonsolen sind mit 7a bezeichnet Die entsprechen- Zu Beginn des Arbeitstaktes gemäß F i g. 8a wird der

den Konsolen des Flügels 8 sind bei 8a sichtbar. Sie Kolben 236 mit Druckmittel beaufschlagt und der Kolstehen aufgrund der Stellung der Exzenterwelle weiter ben 23a von Druckmittel entlastet. Das in der Zeichnung hinten;der Flügel 8 ist nicht sichtbar rechts befindliche Werkzeug bearbeitet daher das Ge-

Um die koordinierte Hin- und Herbewegung der mit- 35 stein, wenn der Werkzeugträger 6 mit der Schwinge 21 einander nicht verbundenen Flügel 7 und 8 zu gewähr- gegen den Uhrzeigersinn in die Stellung nach F i g. 8b leisten, sind die Zylinder 10 mit einer Steuereinrichtung geschwenkt wird. Sodann wird der Kolben 23a mit verbunden, die für die im wesentlichen synchrone Bewe- Druckmittel beaufschlagt und der Kolben *j6 entlastet gung sorgt Durch die hierbei erfolgende kleine Verschwenkung der

Wie aus dem vorstehenden ersichtlich, ist die erfin- 40 Schwinge 21 zum Werkzeugträger 6 gelangt das links dungsgemäße Maschine auf vielfältige Weise einsetz- befindliche Werkzeug 9 in Arbeits- und das rechts bebar. Ist sie beispielsweise nur mit einem Flügel ausge- findliche in Ruhestellung.

stattet wobei der Antrieb dann z. B. aus einem Druck-

mittelzylinder und einem Zahnstangentrieb besteht und Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

ist der Flügel langer als die halbe Breite des Maschinen- 45
rahmens, so können, vorausgesetzt, der Maschinenrahmen kann auch in breiteren Strecken abgespannt werden, unterschiedliche Streckenbreiten hergestellt werden. Die Breite der Strecke hängt dann nur von dem
Winkel ab, um den der Flügel um die mittlere, nach vorn 50
gerichtete SteJ'ung nach den Seiten geschwenkt wird.

Bei der Verwendung von zwei Flügeln können diese,
wie Fig.2 zeigt beispielsweise starr miteinander im
Winkel von 90° verbunden sein. Beide Werkzeuganordnungen 9 sind dann ständig im Eingriff mit der Tunnel- 55
brüst Verlangt dagegen das Gestein ein Schneidschema
wie in F i g. 5, werden die beiden Flügel des Werkzeugträgers unabhängig voneinander auf verstellbaren Exzentern gelagert

Die in den F i g. 7a und 7b dargestellte Ausführungs- 60
form der Maschine gestattet es ebenfalls, die um ca. 90°
zueinander versetzt angeordneten Werkzeuggruppen
9a und 9b abwechselnd an der Ortsbrust wirksam werden zu lassen. Zu diesem Zweck ist, wie F i g. 7a zeigt
jeder Diskenmeißel 9a und 9b am Ende einer Kolben- 65
stange 18a und 186 angeordnet, deren Kolben 19a und
196 in im Werkzeugträger 6 vorgesehenen Zylindern
verschiebbar geführt sind. Vor oder zu Beginn der

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Tiinnelvortriebsmaschine, bei der die Werkzeugträger aus zwei um eine senkrechte Achse schwenkbar gelagerten Flügeln bestehen, die um einen Winkel von ca. 90° hin- und herschwenkbar sind und an denen Schneidwerkzeuge entlang einer Linie angeordnet sind, die einer seitlichen Hälfte (7a, b, c) des Profils der aufzufahrenden Strecke entspricht. und bei der die Werkzeugträger mit einem Antrieb verbunden sind, der sie in hin- und hergehende Schwenkbewegungen versetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flügel (7, 8) auf um 180° gegeneinander versetzten Exzentern (15, υ 16) einer ihrerseits um 180° drehbaren Exzenterwelle (17) schwenkbar gelagert sind, wobei die Summe der Exzentrizitäten (E) der beiden Exzenter (15,16) der Schnittiefe der Werkzeuge entspricht und daß die Werkzeuge (9,9a, 9b) an den Werkzeugträgern (6) verstellbar angeordnet sind.

2. Tunnelvortricbsmaschinc nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Werkzeugträger (7,8) aus doppeltwirkenden Druckmittelzylindern (10) besteht.

3. Tunnelvortricbsmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (9, 9a. 9b) in und aus Arbeitsstellung verbringbar am Werkzeugträger (6) angeordnet sind. so

4. Tunnr-Ivortriebsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung der Werkzeuge (9, ta, 9b) druckmittclbctätigte Kolben-Zylinde.-A.nordnungcn vorgesehen sind. )3

5. Tunnelvortricbsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (9«, 9b) an den Kolbenstangen (18a, i&b) aus- und einfahrbarer druckmittelbetätigtcr Kolben (19a. t9b) befestigt sind.

6. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (9) an einer am Werkzeugträger (6) verschwenkbaren Schwinge (21) angeordnet sind und daß zur Winkelverstellung der Schwinge (21) zum Werkzeugträger Vi (6) an beiden Enden angelenkte Kolben-Zylinder-Einheiten (23a. 2ib) zwischen Werkzeugträger (6) und Schwinge (21) vorgesehen sind.