DE3920163C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vortriebseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art. Eine derartige Vortriebseinrichtung ist aus der DE-OS 31 43 906 bekannt.

Zwar werden bei der bekannten Vorriebseinrichtung Hauf­ werksstücke, z. B. grobe Schottersteine und Findlinge, deren Durchmesser größer als derjenige der Durchgangs­ löcher in der Schürfscheibe ist, durch deren Kegelform radial nach außen abgedrängt, jedoch sind hierzu je nach Bodenbeschaffenheit eine erhebliche Antriebsleistung für die Schürfscheibe und große Vortriebskräfte notwendig. Selbst dann kann eine Massierung groben Haufwerks den weiteren Vortrieb blockieren und gegebenenfalls zu einer Beschädi­ gung der Vortriebseinrichtung führen, wenn der Boden, in dem dieses grobe Haufwerk eingebettet ist, dessen Ab­ drängung nach außen einen zu großen Widerstand entgegen­ setzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vortriebs­ einrichtung der einleitend angegebenen Art zu schaffen, mit der in Sand- und Schotterböden, die mit Findlingen und dergleichen durchsetzt sind, ein ungestörter Vortrieb und Abtransport des Haufwerks ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patent­ anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zwar ist es aus der EP 01 85 857 B1 bereits bekannt, die Drehwelle in Vortriebsachsrichtung längsbeweglich auszubilden, jedoch dient dieses Merkmal dazu, eine mit Rollenmeisseln bestückte erste Schneidvorrichtung und eine mit Schneidmeisseln bestückte zweite Schneidvorrich­ tung abwechselnd wirksam werden zu lassen.

Demgegenüber wird mit dem vorliegenden Vorschlag er­ reicht, daß infolge der hin- und hergehenden, stoßenden Bewegung des Schürfwerkzeuges die auf die groben Hauf­ werksbestandteile wirkenden, radial nach außen gerichte­ ten Kräfte periodisch erhöht und verringert werden, was deren Verdrängung aus der Vortriebsrichtung und die Ein­ bettung in den angrenzenden Bereich des Bodens erleichtert und fördert.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungs­ formen der Vortriebseinrichtung.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vortriebs­ einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf deren Schürfwerk­ zeug,

Fig. 3 und 4 Beispiele für die Durchgangslöcher in dem Schürfwerkzeug nach Fig. 1 und

Fig. 5 und 6 teilweise geschnittene Ansichten anderer Ausführungsformen des Schürfwerkzeuges.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Vortriebseinrichtung, die beispielsweise für die Verlegung von Rohren wie beispielsweise Betonrohren (Hume-Rohre) verwendbar ist. In diesem Fall hat die Einrichtung einen Außendurch­ messer von 20 bis 40 cm, jedoch wird der Durchmesser entsprechend dem Durchmesser der zu verlegenden Rohre bemessen. Die Einrichtung kann aber auch für den Streckenvortrieb zur Erstellung von Tunnels z. B. nach dem Schildvortrieb- und -bohrsystem verwendet werden, in welchem Fall die Einrichtung einen dem benötigten Tunneldurchmesser entsprechenden Außendurchmesser von beispielsweise mehreren Metern haben kann.

Die Vortriebseinrichtung 10 umfaßt einen zylindrischen Mantel 11 und ein Schürfwerkzeug 12 an dessen vorderem Ende. Das Schürfwerkzeug 12 sitzt drehfest am vorderen Ende einer Drehwelle 13, deren Achse mit der Achse des Mantels 11 zusammenflällt und die durch ein Wellen­ lager 14 in einem Querschott 15 gelagert und axial verschiebbar gehalten ist. Zwischen dem Schürfwerkzeug 12 und dem Querschott 15 befindet sich eine Kammer 16 zur Aufnahme des hereingewonnenen Haufwerks. Hinter dem Querschott 15 ist in dem zylindrischen Mantel 11 eine Trägerplatte 17 angeordnet. Ein reversierbarer Motor 18 mit einem Antriebsritzel 19 ist an der Trägerplatte 17 befestigt. Mit dem Ritzel 19 kämmt ein auf der Welle 13 sitzendes Zahnrad 20. Dieses ist mit der Drehwelle 13 keilwellenverzahnt, so daß die Drehwelle 13, während sie über den Motor 18, das Ritzel 19 und das Zahnrad 20 angetrieben wird, in ihrer Axialrichtung verschieb­ bar ist.

Das Schürfwerkzeug 12 umfaßt eine Messerplatte 21 mit insgesamt im wesentlichen konischer Fläche. Die Messer­ platte 21 ist mit einem zentralen Meißel 22 ausgestat­ tet, der sich in der Mitte der Platte in Höhe des vordersten Endes der Welle 13 befindet; des weiteren sind auf der Messerplatte eine Anzahl in Umfangsrich­ tung verteilt angeordneter Meißel 23 vorgesehen, die vorzugsweise so angeordnet sind, daß sie sich vom Außenumfang der Messerplatte 21 radial nach innen erstrecken und nach vorne über die Platte überstehen. In der konischen Fläche der Messerplatte 21 befindet sich des weiteren eine Anzahl von Durchgangslöchern 24 usw. jeweils zwischen benachbarten Umfangsmeißeln 23. Der Kegelwinkel der Messerplatte 21, also der Winkel R zwischen einer die Spitze A und einen Umfangspunkt B verbindenden Linie und einer die Achsrichtung der Drehwelle 13 rechtwinklig schneidenden Linie, sollte in Abhängigkeit z. B. von der geologischen Natur des Bodens gewählt werden und in dem Bereich bis 45° liegen.

Im unteren Teil des zylindrischen Mantels 11 befindet sich eine Abfördervorrichtung 45, beispielsweise ein Schraubenförderer oder dgl., so daß die vordere Mündungsöffnung 26 in der Kammer 16 liegt während sich der restliche Teil der Abfördervorrichtung 25 nach hinten über das Querschott 15 und die Befestigungsplatte 17 hinaus erstreckt und das in die Kammer 16 über die Öffnungen 26 eingetragene Haufwerk nach hinten über das Querschott 15 und die Befestigungs­ platte 17 hinaus befördert. Zum Wegfördern des Haufwerks wird im allgemeinen ein hydraulisches System verwendet, jedoch kann auch ein Druckschlammsystem verwendet werden. Bei Benutzung eines hydraulischen Systems wird eine Druckschlammspeiseleitung (nicht dargestellt) beispielsweise durch die Achse der Drehwelle 13 und das Querschott hindurchgeführt, so daß in die Kammer 16 ständig Schlamm unter Druck eingespeist wird, um einen Schlammdruck aufzubauen, der dem Boden- oder Gebirgsdruck an der Ortsbrust entgegenwirkt, während das gewonnene Haufwerk, das in die Kammer 16 gelangt, hieraus mitgeführt durch den in die Mündungsöffnung 26 eintretenden Schlamm, über die Abfördervorrichtung 25 weggefördert wird. Nötigenfalls können zusätzliche Lösungsmittel, Viskositätsverbesserer oder dgl. dem Schlamm beigegeben werden. Das Gemisch aus Schlamm und Haufwerk, das über die Abfördervorrichtung 25 ausgetragen wird, wird beispielsweise einem Schlammabsetzbehälter, der sich über Tage befindet, zur Wiederverwendung zugeführt. Wird andererseits mit einem Druckschlammsystem gearbeitet, so wird in die Kammer 16 über eine durch die Achse der Drehwelle 13 hindurch verlaufende Leitung ein Mittel zugeführt, das hochflüssigen Schlamm bis zu einem gewissen Grad verfestigt, so daß in der Kammer 16 ständig ein unter Druck stehender und ziemlich viskoser Schlamm gebildet wird, der dem Gebirgsdruck an der Ortsbrust entgegen­ wirkt. Der unter Druck stehende Schlamm wird sequentiell durch einen Abförderer wie etwa einen Schraubenförderer nach oben verbracht während die Druckschlammbedingungen aufrechterhalten werden.

Auf der Drehwelle 13 befindet sich hinter dem Querschott 15 eine Nocke 27 in rollender Berührung mit Rollen 30 die in Lagern 29 gehalten sind, welche einstückig mit einer Lagerplatte 28 sind, die in dem Mantel 11 zwischen dem Querschott 15 und der Trägerplatte 17 angeordnet ist. Im vorliegenden Fall hat die Nocke 27 eine gewellte Nockenfläche, so daß der Drehwelle 13 infolge der auf der gewellten Nocken­ fläche abrollenden Rollen 30 eine in axialer Richtung hin- und hergehende Verschiebung aufgezwungen wird. Die Drehwelle 13 trägt an ihrem hinteren Ende hinter der Trägerplatte 17 eine Stützplatte 31, die der Drehbewegung der Drehwelle 13 nicht folgt, wohl aber deren hin- und hergehende Bewegung. Zwischen der Trägerplatte 17 und der Stützplatte 31 ist eine Rück­ stellfeder 32 angeordnet, die durch die Vorwärtsverschiebung der Drehwelle 13 infolge der rol­ lenden Berührung der Rollen 30 mit der gewellten Nockenfläche der Nocke 27 bei Drehung derselben komprimiert wird und anschließend die Drehwelle 13 wieder zurück nach hinten schiebt. Weiterhin wird der zylindrische Mantel 11 in an sich bekannter Weise mittels Hydraulikzylindern 33 oder dgl. (von denen nur einer dargestellt ist) vorgetrieben. Die Hydraulikzylinder 33 oder gleichwertige Vortriebsmittel sind so angeordnet, daß sie gleichmäßig verteilt über den Umfang auf das Hinterende des Mantels 11 einwirken. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein getrenntes Vortriebsmittel auf das hintere Ende des Rohrzuges einwirken zu lassen, der hinter der Vortriebseinrichtung installiert wird.

Die Vortriebseinrichtung nach der Erfindung arbeitet wie folgt: Der sich in einer gegebenen Richtung drehende, reversierbare Motor 18 treibt über das Antriebsritzel 19 und das Zahnrad 20 die Drehwelle 13 und damit das Schürfwerkzeug 12 an. Der Boden an der Ortsbrust wird hierbei hereingewonnen, wobei der rollende Kontakt zwischen der Wellenoberfläche der Nocke 27 auf der Drehwelle 13 und den Rollen 30 die Verschiebung nach vorne entgegen der Wirkung der Feder 32 erzwingt, während diese Rückstellkraft der Feder 32 die Verschiebung nach hinten bewirkt. Die Drehwelle 13 führt mithin gleichzeitig eine Drehbewegung um ihre Achse und eine Verschiebung längs ihrer Achse aus. die Verschiebungsbewegung der Drehwelle 13 sollte vorzugsweise so bemessen sein, daß das Maximalspiel zwischen dem vorderen Stirnrand des Mantels 11 und dem äußeren Umfangsrand der Messerplatte 21 (vgl. Fig. 1) so klein bleibt, daß relativ große oder längliche Schotterstücke nicht in die Kammer (16) gelangen können.

Das an der Tunnelstirnfläche hereingewonnene Haufwerk gelangt überwiegend durch die Durchgangslöcher 24 in die Kammer 16 und wird über die Öffnung 26 und den Abförderer 25 zum hinteren Ende des Mantels 11 geschafft. Die Durchgangslöcher 24 haben einen kleineren Durchmesser als die Mündungsöffnung 26 der Abfördervorrichtung 25, so daß sich in der Kammer 16 nie Schotter befinden kann, der eine größere Abmessung als die Öffnung 26 hat.

Ist an der Ortsbrust Schotter mit groben Bestandteilen vorhanden, so wird dieser gewissermaßen sortiert in den Grobanteil, der durch die Löcher 24 nicht passieren kann und in in der Kammer aufnehmbaren Schotter. Der Grobschotter wandert rasch auf der konischen Fläche der Messerplatte 21 nach außen, während diese eine stoßende Bewegung infolge der Hin- und Herbewegung während der Drehung des Schürfwerkzeuges 12 ausführt. Der Grobschotter wird daher radial nach außen verdrängt, während sich die Einrichtung nach vorne arbeitet. Dementsprechend wird der Grobschotter nach und nach durch andere Bestandteile des Bodens ersetzt und in den den Körper 11 umgebenden Untergrund seitwärts verdrängt und eingebettet.

Die Vortriebszylinder 33 werden entsprechend dem Fortschritt der Einrichtung betätigt und treiben den Mantel 11 vorwärts. Die Rohre werden nacheinander verlegt. Beim Tunnelbohren werden die neu hinter dem Mantel 11 zum Vorschein kommenden Teile der Tunnelumfangswand nötigenfalls abgefangen und gesichert, so daß die Tunnelbohrung kontinuierlich fortschreiten kann.

Der vorliegende Vorschlag kann in verschiedener Weise abgeändert werden. Beispielsweise müssen die Durchgangslöcher 24 in der Messerplatte 21 nicht notwendigerweise rund sein sondern können auch elliptische Form haben, vergleiche die Durchgangslöcher 24 a in Fig. 3 oder rechteckige Form mit abgerundeten Ecken haben, vergleiche die Durchgangslöcher 24 b in Fig. 4. Es wurde in dieser Hinsicht festgestellt, daß das Verhältnis der minimalen Breite zu der maximalen Breite vorzugsweise im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 1,5 liegen sollte. Weiterhin kann auch ein Schürfwerkzeug 112 gem. Fig. 5 verwendet werden, das eine Messerplatte 121 mit gestufter konischer Form aufweist, bei der der Kegelwinkel der Platte 121 sich an einer Stelle zwischen dem Zentrum und dem Umfangsrand ändert. Eine weitere Möglichkeit ist in einer Messerplatte 221 gem. Fig. 6 zu sehen, die sich durch eine gebogen konische Form auszeichnet, also mehr oder weniger Kuppelform hat.

Auch für die Erzeugung der axial hin- und hergehenden Bewegung der Welle sind andere als die beschriebene Lösung möglich. In Betracht kommen insbesondere Hydraulik- oder Pneumatikzylinder sowie Kurbel- und/oder Exzenter­ systeme.

Claims (3)

1. Vortriebseinrichtung zum Herstellen von kreisförmi­ gen unterirdischen Hohlräumen in sandigen und schot­ terigen Böden, hinter der ein Ausbau eingebracht wird, an dem sich die Vortriebseinrichtung abstützt, bestehend aus einem zylindrischen Mantel, mit einer durch ein Querschott am Vorderende des Mantels gebil­ deter Kammer, durch welches Querschott eine Dreh-Antriebswelle für ein am vortriebsseitigen Ende vorgesehenen Schürfwerkzeug hindurchgeführt ist, dessen Antrieb hinter dem Querschott angeordnet ist und das mit Meißelwerkzeugen besetzt ist und Durchgangslöcher für das hereingewonne Haufwerk aufweist, deren Durchmesser geringer ist als die Mündungsöffnung der in die Kammer hineingeführten Abfördereinrichtung, wobei das Schürfwerkzeug eine Kegelform aufweist, von der zu große Haufwerks­ stücke nach außen hinter den zylindrischen Mantel abgedrängt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwelle (13) in Vortriebsachsrichtung längsbeweglich ist und ausbauseitig hinter dem Quer­ schott (15) eine mit der Drehwelle (13) verbundene Nocke (27) mit einer gewellten Fläche vorgesehen ist, die von in Vortriebsachsrichtung ausgerichteten und von der Drehwelle (13) aus radial verlaufenden Wellenbergen bzw. -tälern gebildet ist, und daß mindestens eine auf der gewellten Nockenfläche ab­ rollende und an der Innenwand des Mantels (11) abge­ stützte Rolle (30) zur ständigen Hin- und Herbewegung des Schürfwerkzeugs (12) in Vortriebsachsrichtung bei Drehung der mit einer Rückstelleinrichtung verse­ henen Drehwelle (13) vorgesehen ist.

2. Vortriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verhältnis der kleinsten Länge der Durchgangslöcher (24) zu deren kleinster Breite zwischen 1 : 1 und 1 : 1,5 liegt.

3. Vortriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Durchgangslöcher (24) rund sind.