DE4113208A1 - Tunnelvortriebsmaschine - Google Patents
TunnelvortriebsmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Tunnelvortriebsmaschine zum
Bohren eines Tunnels mit einem in das Erdreich vor
treibbaren Schild, in dem ein antreibbares und mit
Abbauwerkzeugen ausgestattetes Schneidrad angeordnet
ist.
Derartige Tunnelvortriebsmaschinen sind bekannt und
verfügen über ein Schneidrad mit mehreren Schneidarmen,
wobei das abgetragene Erdreich durch die Zwischenräume
in den Schneidarmen in die Tunnelvortriebsmaschine
gelangt und anschließend abtransportiert wird. Wegen
der hohen auftretenden Kräfte ist der Nabenbereich des
Schneidrades, von dem ausgehend sich die Schneidarme
radial nach außen erstrecken, massiv und stabil ausge
bildet. Aus diesem Grunde muß im Bereich der Längsachse
des Schneidrades abgebautes Erdmaterial in radialer
Richtung des Schneidrades bis zu einem der Zwischen
räume zwischen den Schneidarmen des Schneidrades trans
portiert werden. Da außerdem im Zentrumsbereich des
Schneidrades die Geschwindigkeit der dort vorhandenen
Abbauwerkzeuge kleiner ist als die Geschwindigkeit der
Werkzeuge, die auf einem größeren Radius umlaufen,
ergibt sich häufig ein toter Kern im Bereich der Achse
des Schneidrades, wobei es dort im wesentlichen zu
einer Bodenverdrängung statt einem aktiven Abbau des
Erdreiches kommt. Auf diese Weise wird durch die Bil
dung eines Erdpfropfens der Vortriebswiderstand der
Tunnelvortriebsmaschine insbesondere bei bindigen
Böden, wie Lehm und Ton, erhöht. Um das Ausweichen des
Erdreiches im toten Kern des Schneidrades zu verbes
sern, hat man bereits Gleitschichten verwendet. Jedoch
nutzen sich diese schnell ab, so daß ein zunächst
geringer Vortriebswiderstand sich wegen der Abnutzung
im zentralen Bereich des Schneidrades im Laufe der Zeit
erhöht. Der erhöhte Vortriebswiderstand bei den bekann
ten Tunnelvortriebsmaschinen reduziert die Vortriebsge
schwindigkeit beim Tunnelbau und erfordert höhere
Vortriebsleistungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tunnel
vortriebsmaschine zu schaffen, die sich durch einen
geringen Vortriebswiderstand auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
im Nabenbereich des Schneidrades ein gegenüber dem
Schneidrad drehbarer, ebenfalls Abbauwerkzeuge aufwei
sender Zentrumsschneider mit einem zentralen Schneidrad
angeordnet ist.
Mit Hilfe des zentralen Schneidrades des Zentrums
schneiders ist es möglich, im Bereich des toten Kerns
unabhängig vom Abbau durch das größere Schneidrad zu
arbeiten. Dazu verfügt der Zentrumsschneider über einen
vom Schneidrad getrennten Antrieb für beide Drehrich
tungen. Um das Erdreich im toten Kern schnell und
einfach abführen zu können, verfügt der Zentrumsschnei
der wenigstens über eine Eintrittsöffnung für das
abzubauende Erdreich. Die Eintrittsöffnung mündet in
einen Brecherraum, der als Konusbrecher mit mehreren
Brechleisten ausgebildet ist, die einerseits auf der
Nabe des zentralen Schneidrades und andererseits auf
der Innenseite des Konusbleches des Konusbrechers
angeordnet sind.
Um das in den Brecherraum eintretende Erdreich abzu
transportieren, sind Spül- und Absaugleitungen vorge
sehen.
Das zentrale Schneidrad des Zentrumsschneiders verfügt
vorzugsweise über eine Felge, durch die ein zwischen
dem Zentrumsschneider und der Öffnung im zentralen
Schneidrad für den Zentrumsschneider vorhandener Ring
spalt in Vortriebsrichtung abgedeckt ist. Bei einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das zentrale
Schneidrad des Zentrumsschneiders mit mehreren Ein
trittsöffnungen versehen, an deren Berandung jeweils
Schälmesser oder sonstige Abbauwerkzeuge vorgesehen
sind. Insbesondere ist es möglich, das zentrale
Schneidrad mit mehreren in Vortriebsrichtung arbeiten
den Rollenmeißeln auszustatten. Entlang der Felge des
zentralen Schneidrades des Zentrumsschneiders können
Karbidaufträge vorgesehen sein.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfin
dung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 den vorderen Schildbereich einer Tunnelvor
triebsmaschine gemäß der Erfindung im
Schnitt mit einer ausgebrochenen Teilansicht
des Zentrumsschneiders,
Fig. 2 eine Ansicht auf die Tunnelvortriebsmaschine
gemäß Fig. 1 in einer Ansicht entgegen der
Vortriebsrichtung,
Fig. 3 ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ausfüh
rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tunnel
vortriebsmaschine mit einem Rollenbohrwerk
zeuge aufweisenden Zentrumsschneider und
Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht des
Zentrumsschneiders in einer gegenüber den
Fig. 2 und 3 etwas vergrößerten Darstellung.
In Fig. 1 erkennt man den am vorderen Teil einer Tun
nelvortriebsmaschine oder Tunnelbohrmaschine für den
Tunnelbau vorgesehenen Schild 1 im Längsschnitt. Der
Schild 1 weist einen zylindrischen Schildmantel 2 auf,
der an dem in Vortriebsrichtung weisenden vorderen Ende
mit einer Schildschneide 3 versehen ist. Da die Fig. 2
nach rechts abgebrochen ist, sind in Fig. 1 weder der
Schildschwanz des Schildes 1 noch die übrigen Teile der
Tunnelvortriebsmaschine dargestellt.
Koaxial zum Schildmantel 2 erstreckt sich ein in axia
ler Richtung gegenüber dem Schildmantel 2 kurzes Zen
trumsrohr 4. Das Zentrumsrohr 4 ist an seinem in Fig. 1
rechten Ende mit Hilfe einer Druckwand 5 und an seinem
in Fig. 1 linken Ende mit Hilfe einer Tauchwand 6
befestigt. Sowohl die Druckwand 5 als auch die Tauch
wand 6 sind ringförmig ausgebildet, wobei der Außen
durchmesser des Ringes jeweils dem Schildmantelinnen
durchmesser und der Innendurchmesser des Ringes jeweils
dem Zentrumsrohraußendurchmesser entspricht.
Die Tauchwand 6 ist mit einer in Fig. 1 unten darge
stellten Tauchwandöffnung 7 versehen, die in Fig. 2 in
Ansicht zu erkennen ist.
In Fig. 2 erkennt man den bereits erwähnten Schildman
tel 2 und die Tauchwand 6, vor der in Vortriebsrichtung
ein in den Fig. 1 und 2 dargestelltes äußeres Schneid
rad 8 angeordnet ist.
Das Schneidrad 8 verfügt über mehrere Schneidarme 9.
Die Schneidarme 9 des äußeren Schneidrades 8 sind
jeweils mit mehreren Abbauwerkzeugen 10 versehen, die
beim Vortrieb der Tunnelvortriebsmaschine das Erdreich
im Bereich der Ortsbrust abtragen, wobei dieses ver
mischt mit Wasser in die durch die Tauchwand 6 nach
hinten begrenzte Abbaukammer 11 und über die Tauchwand
öffnung 7 in die Druckkammer 12 gelangt, von wo aus das
mit Wasser vermischte Erdreich über eine Saugleitung 13
mit Hilfe einer Kreiselpumpe zu einer Separieranlage
abgepumpt wird, die sich zum Beispiel über Tage befin
det. Um ein Verstopfen der Saugleitung 13 zu vermeiden,
ist zum Beispiel die Tauchwandöffnung 7 mit einem aus
mehreren Gitterstäben 14 bestehenden Gitter versehen.
Das Schneidrad 8 verfügt im Bereich seiner Nabe über
eine Aufnahmeöffnung 15 zur Aufnahme eines beispiels
weise ähnlich einer Mikromaschine ausgebildeten Zen
trumsschneiders 16 mit einem zentralen Schneidrad 17.
Das äußere Schneidrad 8 ist an seiner von den Abbau
werkzeugen 10 wegweisenden Rückseite mit einem An
schlußflansch 18 versehen. Der Anschlußflansch 18 des
äußeren Schneidrades 8 ist mit einem Abtriebsflansch 19
drehfest verbunden. Der Abtriebsflansch 19 ist Teil
eines äußeren Schneidradantriebs 20, über den das
äußere Schneidrad 8 sowohl rechtsdrehend als auch
linksdrehend angetrieben werden kann. Dazu sind mehrere
hydraulische oder elektrische Antriebsmotoren 21 vor
gesehen, die über in Untersetzungsgetriebegehäusen 22
untergebrachten Untersetzungsgetrieben mit Antriebs
ritzeln 23 gekoppelt sind, von denen in Fig. 1 eins
dargestellt ist.
Das Antriebsritzel 23 ist im Hauptgetriebegehäuse 24
der Tunnelvortriebsmaschine gelagert und über eine
Ritzelwelle 65 mit dem Untersetzungsgetriebe des An
triebsmotors 21 verbunden. Das Hauptgetriebegehäuse 24
verfügt über einen Getriebegehäuseinnenmantel 25, der
als kurzes Rohrstück ausgebildet ist und sich zwischen
einer ringförmigen vorderen Getriebegehäusewand 26 und
einer hinteren Getriebegehäusewand 27 erstreckt.
Wie man in Fig. 1 erkennt, ist das Hauptgetriebegehäuse
24 am Zentrumsrohr 4 befestigt. Entlang dem Zentrums
rohr 4 erstreckt sich ein Lager 28, wobei der Lager
außenring 29 fest mit dem Hauptgetriebegehäuse 24 und
der Lagerinnenring 30 mit dem Antriebsflansch 19 fest
verbunden ist. Der Lagerinnenring 30 verfügt über eine
Verzahnung 31, in die die Zähne des Antriebsritzels 23
eingreifen.
Um zu verhindern, daß Material aus der Abbaukammer 11
in das Lager 28 eindringen kann, ist umlaufend um den
Abtriebsflansch 19 eine Dichtung 32 vorgesehen, die aus
einem Dichtungslaufring 33, einem Dichtungsträger 34,
einem Dichtungspaket 35 und einem Klemmring 36 be
steht. Außerdem ist eine innere Dichtung 67 entlang dem
Abtriebsflansch 19 und der vorderen Getriebegehäusewand
26 vorgesehen.
Eine in der Zeichnung nicht dargestellte Speisewasser
zuflußleitung gestattet es, Wasser oder eine Wasser
suspension in die Druckkammer 12 einzubringen, so daß
diese beispielsweise bis zur halben Höhe dauernd mit
Flüssigkeit gefüllt ist. Das mit Hilfe des äußeren
Schneidrades 8 abgetragene Erdreich wird mit Hilfe der
über die Wasserzuflußleitungen zugeführten Flüssigkeit
über die Saugleitung 13 abgeführt, wenn die Schneidarme
9 mit Hilfe der Antriebsmotoren 21 rechts oder links
drehend während eines Vortriebs der Tunnelvortriebs
maschine gedreht werden.
Um zu vermeiden, daß sich im Nabenbereich des äußeren
Schneidrades 8 ein toter Kern bildet, ist das bereits
erwähnte zentrale Schneidrad 17 vorgesehen, das in Fig.
1 in einer ausgebrochenen Teilansicht und einer
Schnittansicht sowie in Fig. 2 in einer Draufsicht
entgegen der Vortriebsrichtung zu erkennen ist.
Das zentrale Schneidrad 17 des Zentrumsschneiders 16
verfügt über eine gewölbte Stirnfläche 37, in der
mehrere Eintrittsöffnungen 38 vorgesehen sind. Die in
Fig. 2 erkennbaren Eintrittsöffnungen 38 erstrecken
sich in radialer Richtung bis zu einer Felge 39. Zwi
schen den Eintrittsöffnungen 38 befinden sich breite
Speichen 40.
Wie man in Fig. 2 erkennen kann, sind entlang den
Eintrittsöffnungen 38 Abbauwerkzeuge 41, beispielsweise
Schälmesser oder Rundschaftsmeißel vorgesehen.
Das zentrale Schneidrad 17 verfügt über eine Nabe 42,
die in einem konusförmigen Brecherraum 43 hineinreicht
und mit einem Antriebsteller 44 drehfest verbunden ist.
Entlang der Nabe 42 erstrecken sich im Innern des
konusförmigen Brecherraums 43 mehrere innere Brech
leisten 45. Der Brecherraum 43 ist von einem Konusblech
46 umgeben, das mit einer Vielzahl von äußeren Brech
leisten 47 versehen ist. Auf diese Weise wird ein
Steinbrecher für das durch die Eintrittsöffnungen 38
eindringende Erdreich gebildet. In Fig. 2 erkennt man
ebenfalls die inneren Brechleisten 45 und die äußeren
Brechleisten 47.
Das im so gebildeten Konusbrecher zerkleinerte Material
verläßt den Brechraum 43 über einen Ringspalt 48, der
mit einer sich durch den Antriebsteller 44 erstrecken
den Spül- oder Absaugleitung 49 in Verbindung steht.
Der Brecherraum 43 ist von einem Verteilerraum 50 für
Speisewasser umgeben, der in radialer Richtung bis zum
Gehäusemantel 51 des Zentrumsschneiders 16 und in
axialer Richtung bis zu einer Rückwand 52 reicht.
In der Rückwand 52 sind mehrere Mündungen von Speise
wasserleitungen 53 für Speisewasser vorgesehen, das den
Verteilerraum 50 über Durchtritte 54 verläßt, so daß im
Brecherraum 43 vorhandenes Material über den Ringspalt
48 und die Spül- und Absaugleitung 49 abtransportiert
werden kann. Die Speise- oder Absaugleitung 49 kann
sowohl Flüssigkeit zur Separieranlage als auch Speise
wasser von der Separieranlage fördern.
Im Gehäusemantel 51 sind mehrere Antriebsmotoren 55 zum
Antrieb des zentralen Schneidrades 17 vorgesehen. Wie
man in Fig. 1 erkennt, verfügt der Antriebsteller 44
über einen Drehkranz 56, in den Ritzel 57 der Antriebs
motoren 55 eingreifen. Wie man in Fig. 1 weiter er
kennt, ist der Antriebsteller 44 mit Hilfe eines Lagers
58 gelagert, wobei eine vordere Dichtung 59 und hintere
Dichtung 60 für die notwendigen Dichtigkeiten sorgen.
Die über den in der Aufnahmeöffnung 15 verbleibenden
Ringspalt ragende Felge 39 hat ebenfalls eine Abdicht
wirkung.
Fig. 3 zeigt den vorderen Teil einer Tunnelvortriebs
maschine, die im wesentlichen dem in den Fig. 1 und 2
dargestellten Aufbau entspricht, wobei jedoch das
zentrale Schneidrad 17 mit anderen als in den Fig. 1
und 2 dargestellten Abbauwerkzeugen versehen ist. Wie
man in Fig. 3 erkennt, ist der dort dargestellte Zen
trumsschneider 16 mit Rollenbohrwerkzeugen 70 versehen,
die auf einer scheibenförmigen Werkzeugträgerplatte 71
befestigt sind.
Die Werkzeugträgerplatte 71 ist in Fig. 4 in einer
Draufsicht zu erkennen. Außerdem erkennt man in Fig. 4
eine Mehrzahl von Verstärkungsrippen 72 sowie Räum
leisten 73. Bauteile, die mit denjenigen aus den Fig. 1
und 2 übereinstimmen, haben in den Fig. 3 und 4 die
gleichen Bezugszeichen.
In Fig. 4 erkennt man ebenfalls eine Reihe von Karbid
aufträgen 74 entlang dem Umfang der Felge 39 des zen
tralen Schneidrads 17.
Claims (9)
1. Tunnelvortriebsmaschine zum Bohren eines Tunnels
mit einem in das Erdreich vortreibbaren Schild,
in dem ein antreibbares und mit Abbauwerkzeugen
ausgestattetes Schneidrad angeordnet ist, da
durch gekennzeichnet, daß
im Nabenbereich (15) des Schneidrades (8) ein
gegenüber dem Schneidrad (8) drehbarer, ebenfalls
Abbauwerkzeuge (41, 70, 74) aufweisender Zen
trumsschneider (16) mit einem zentralen Schneid
rad (17) angeordnet ist.
2. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zentrumsschneider (16)
über einen vom äußeren Schneidrad (8) getrennten
Antrieb (55, 56, 57) für beide Drehrichtungen
verfügt.
3. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrumsschneider
(16) wenigstens eine Eintrittsöffnung (38) für
das abzubauende Erdreich aufweist, die in einen
Brecherraum (43) mündet.
4. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Brecherraum (43) als
Konusbrecher mit mehreren Brechleisten (45, 47)
ausgebildet ist, die einerseits auf der Nabe des
zentralen Schneidrades (17) und andererseits auf
der Innenseite des Konusbleches (46) des Konus
brechers angeordnet sind.
5. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Brecherraum (43) mit
einer Spül- und Absaugleitung (49) verbunden ist.
6. Tunnelvortriebsmaschine nach einem der vorstehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
zentrale Schneidrad (17) eine Felge (39) auf
weist, durch die ein zwischen dem Zentrumsschnei
der (16) und der Aufnahmeöffnung (15) im äußeren
Schneidrad für den Zentrumsschneider (16) vorhan
dener Ringspalt in Vortriebsrichtung abgedeckt
ist.
7. Tunnelvortriebsmaschine nach einem der vorstehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
zentrale Schneidrad (17) des Zentrumsschneiders
(16) mehrere Eintrittsöffnungen (38) aufweist, an
deren Berandung Schälmesser (41) vorgesehen sind.
8. Tunnelvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem
zentralen Schneidrad (17) des Zentrumsschneiders
(16) mehrere in Vortriebsrichtung arbeitende
Rollenmeißel (70) vorgesehen sind.
9. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß entlang der Felge (39) des
zentralen Schneidrades (17) des Zentrumsschnei
ders (16) Karbidaufträge (74) vorgesehen sind.
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