DE4233003C2 - Einrichtung für den Schildvortrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für den Schildvortrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vollschnitt-Vortriebsschilde für den Einsatz im Lockerge­ stein, nicht standfesten Böden und ähnlichen Formationen sind üblicherweise mit einem Schneidrad als Abbauwerkzeug ausgerüstet, das von einem geschlossenen Zentrum ausge­ hende Speichen oder Streben aufweist, die mit einzelnen Schneidwerkzeugen versehen sein können oder auch selbst Schneiden bilden. Besonders bei tonigen Böden, lehmigem Erdreich od. dgl. tritt die nachteilige Erscheinung auf, daß sich das Material im Bereich des geschlossenen Zen­ trums des Schneidrades festsetzt und staut, zumal hier die Rotationsgeschwindigkeit klein ist und gegen Null geht. Ein solches Anstauen des Materials führt zu einer Erhöhung der Vorschubkraft und des Drehmoments. Der Ar­ beitsvorgang muß schließlich unterbrochen werden, um das festgesetzte Material von Hand zu beseitigen.

Arbeits- oder Schneidköpfe für Vortriebsmaschinen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. In der Zeitschrift "Civil Engineering - ASCI", September 1970, S. 71/72, zeigt Photo E eine "Unshielded Scott tunneling machine", bei der das Schneidrad Schneidzähne sowohl an einem mitt­ leren Kegel als auch an radialen Speichen hat. Der mitt­ lere Kegel ist von radialen Wänden gebildet. Ein Arbeits­ kopf mit Abbauarmen bei einer Tunnelfräse ist in der Zeitschrift "Baumaschine und Bautechnik" 19. Jahrgang, Heft 3, März 1972, S. 97/98 angegeben.

Die DE-OS 17 08 739 zeigt und beschreibt eine Bohrmaschi­ ne mit umlaufender Schürfscheibe. Diese weist an ihrem Mittelstück eine Lagernabe auf, die mit Schottblechen in der Weise an dem Mittelstück befestigt ist, daß zwischen den Schottblechen Öffnungen verbleiben, durch die - außer durch nicht dargestellte radiale Schürfmesser-Öffnungen - geschürftes Material hereinkommt. Es handelt sich also lediglich um radial gerichtete Bauteile.

In der sich auf eine Tunnelvortriebsmaschine beziehenden DE-OS 41 13 208, einer nicht vorveröffentlichten älteren Anmeldung, wird das Problem angesprochen, daß sich im Bereich der Achse des Schneidrades ein toter Kern bilden kann. Es wird vorgeschlagen, einen solchen toten Kern durch einen gesonderten Zentrumsschneider mit zusätzli­ chem Schneidrad zu beseitigen. Das von diesem Schneidrad gelöste Material gelangt in eine separate Brechkammer, aus der es dann durch zugeführte Flüssigkeit durch eine Absaugleitung abtransportiert werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung der gattungsgemäßen Art anzugeben, mit der, insbe­ sondere in tonigen und lehmigen Böden, ein Abfördern von Haufwerk im Zentrumsbereich des Schneidrades unterstützt und ein Festkleben und Stau von Haufwerk in diesem Be­ reich unterbunden wird.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Zentrumsbereich des überkronten Arbeitskopfes als weitge­ hend rotationssymmetrische Gleitfläche für das Abführen des in den Durchgangsraum eingetretenen Haufwerks ausge­ bildet ist, daß die radiale Ausdehnung der von den Stegen der Überkronung beabstandeten Gleitfläche sich in Rich­ tung Schildende vergrößert und daß Spüldüsen zum Freispü­ len des Durchgangsraumes zumindest an der Überkronung des Arbeitskopfes vorhanden sind.

Es kann sich dabei auch um eine Einrichtung zum Arbeiten mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust handeln.

Bei der Erfindung wird somit nicht versucht, einen ent­ standenen toten Kern durch eine zusätzliche Schneidrad­ anordnung im Zentrum zu beseitigen, sondern es wird mit einfachen Mitteln die Entstehung einer Haufwerksansamm­ lung verhindert. Zwischen den Stegen des Zentrumsberei­ ches, die insgesamt wie die oberen Teile einer Krone zusammenlaufen und beispielsweise wie ein kuppelartiges Gerüst in Erscheinung treten, kann das Haufwerk beim Abbauvorgang hindurchtreten und in den vor dem Zentrums­ bereich belassenen Durchgangsraum gelangen. Dort wird das gelöste Material von den Druckmittelströmen der Düsen erfaßt, so daß es sich nicht festsetzen kann, sondern ständig fortgespült wird.

Die Ausbildung der Gleitfläche des Zentrumsbereichs kann sich im einzelnen nach den jeweiligen Gegebenheiten und der sonstigen Gestaltung des Arbeitskopfes richten. Vor­ teilhaft hat die Gleitfläche wenigstens teilweise eine ballige Kontur, oder sie ist wenigstens teilweise kegel­ förmig.

Die Austrittsrichtung für das Druckmedium läßt sich so wählen, wie es der betreffende Fall erfordert. Dies gilt generell. Bei einer vorteilhaften Ausführung sind Düsen in oder an den Stegen vorgesehen. Gemäß einem weiteren Merkmal ist an einem Sternpunkt, an dem die Stege zusam­ mentreffen, ein mit Düsen versehener Kopf angeordnet.

Bei einer anderen Ausführung ist auf der Rückseite eines Sternpunktes, an dem die Stege zusammentreffen, wenig­ stens eine gewölbte Leitfläche für Druckmedium vorgese­ hen, und es ist im Zentrumsbereich des Arbeitskopfes wenigstens eine auf die Leitfläche gerichtete Düse an­ geordnet. Es lassen sich auch Kombinationen von verschie­ denen Düsenanordnungen der vorstehend genannten oder ähnlich Art vorsehen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind an den Abbauarmen mit Druckmedium zu speisende Düsen zum Spülen von Durchlässen vorgesehen, die zwischen den Abbauarmen im überkronten Zentrumsbereich vorhanden sind.

Das Druckmedium für die Düsen kann entsprechend dem je­ weiligen Arbeitsverfahren, mit dem der Schildvortrieb durchgeführt wird, gewählt werden. Handelt es sich um einen Vortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust, so läßt sich ein Teil der Stützflüssigkeit auch zur Speisung der Düsen verwenden.

Die den Zentrumsbereich des Arbeitskopfes überkronenden Stege können wenigstens teilweise mit Werkzeugen bestückt sein. Die Stege können in der Draufsicht im wesentlichen geradlinig oder auch im wesentlichen gekrümmt verlaufen.

Handelt es sich um eine Einrichtung mit einer im Betrieb nach vorne durch die Ortsbrust und nach hinten durch Bauteile begrenzten, zumindest weitgehend flüssigkeits­ dicht abgeschlossenen Arbeitskammer, wenigstens einem in die Arbeitskammer mündenden Zulauf für Flüssigkeit sowie mit einem in die Arbeitskammer ragenden Absaugstutzen od. dgl. am Ende einer Förderleitung für gelöstes Materi­ al, so kennzeichnet sich eine besonders günstige Ausfüh­ rung dadurch, daß zur Speisung der Düsen mit Flüssigkeit eine nur diesem Zweck dienende Pumpe vorgesehen ist, deren Ansaugleitung vom oberen Teil der Arbeitskammer ausgeht. Die Flüssigkeit wird dabei zwar der normalen Flüssigkeitsmenge für die Stützung der Ortsbrust entnom­ men, aber mit einer separaten Pumpe und an einer Stelle, an der die Flüssigkeit noch relativ sauber ist, nämlich im oberen Teil des gesamten Kammervolumens bzw. im oberen Bereich der Firste.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Aus­ führungsbeispielen, aus der zugehörigen Zeichnung und aus den Ansprüchen. Es zeigen

Fig. 1 einen Vortriebsschild, teils in Seitenansicht, teils im Schnitt,

Fig. 2 eine Stirnansicht zu Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführung des Arbeitskopfes einer Vortriebseinrichtung und ein System für die Versorgung von Düsen zur Spülung, jeweils weitgehend schematisch,

Fig. 4 eine Stirnansicht einer abgewandelten Ausfüh­ rung der Stegausbildung und

Fig. 5 eine weitere Ausführung der Stegausbildung.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Vortriebsschild weist einen Schildmantel 1 und einen Arbeitskopf 2 auf. Dieser ist so gelagert, daß er sich um die Achse L drehen kann.

Zum Drehantrieb dienen Hydraulikmotoren M. Der Arbeits­ kopf 2 hat einen geschlossenen Zentrumsbereich 3 und fünf von diesem ausgehende radiale Abbauarme 4, die mit Werk­ zeugen 5 üblicher Art besetzt sind (nur an einem Arm dargestellt). Mit der Zahl 9 sind Brustverbauplatten bezeichnet, die bei bestimmter Winkelstellung des Ar­ beitskopfes 2 durch die Zwischenräume zwischen den Abbau­ armen 4 hindurch ausgeschoben werden können, um die Orts­ brust je nach Bedarf abzustützen, z. B. wenn keine Flüs­ sigkeitsabstützung besteht.

Der Schild bildet in seinem vorderen Teil eine Arbeits­ kammer A, die im Betrieb nach vorne durch die hier nicht wiedergegebene Ortsbrust und nach hinten durch Bauteile 6 des Schildes begrenzt und zum sich anschließenden Be­ reich weitgehend flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Durch einen in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigten Zulauf kann in bekannter Weise Flüssigkeit zum Stützen der Orts­ brust in die Arbeitskammer eingeleitet werden. Das vom Arbeitskopf abgebaute Material wird hydraulisch abgeför­ dert, wobei es mit entsprechendem Anteil an Flüssigkeit über einen in die Arbeitskammer A ragenden Absaugstutzen 7 und eine sich anschließende Förderleitung 8 zu einer Separieranlage gepumpt wird. Von dieser gelangt saubere Flüssigkeit, ggfs. mit neuer Zugabe an Bentonit-Suspen­ sion od. dgl. wieder in die Arbeitskammer, wie es bei Flüssigkeits-Schilden grundsätzlich bekannt ist.

Die nachstehend im einzelnen erläuterten Merkmale der Erfindung können nicht nur bei einem solchen Schild, sondern auch bei anderen Schildbauarten, die anderen Ver­ fahrensweisen angepaßt sind, vorgesehen sein.

Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, erstrecken sich vor dem Zentrumsbereich 3 des Arbeitskopfes 2 sternartig verlaufende Stege 11, die einen Abstand vom Zentrumsbe­ reich 3 haben und damit denselben überkronen. Die Stege 11 sind bei der gezeigten Ausführung bogenförmig nach außen (nach vorne) gewölbt, so daß sie in ihrer Gesamt­ heit etwa wie Träger für eine Kuppel vor dem Zentrums­ bereich 3 liegen, wie besonders Fig. 1 erkennen läßt. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Stege 11 sich etwa radial nach innen an die Abbauarme 4 anschließen, aber schmaler als diese sind. Die Stege 11 können ähnlich wie die Abbauarme mit Werkzeugen 12 versehen sein, wie in Fig. 2 bei einem Steg 11 gezeigt ist. Die Bereiche 13 zwischen den Stegen 11 sind offen und lassen gelöstes Material frei durchtreten.

In seinem von den Stegen 11 überkronten Zentrumsbereich 3 ist der Arbeitskopf 2 als weitgehend rotationssym­ metrische Gleitfläche 14 für das Abführen des Materials ausgebildet ist (Fig. 1), deren radiale Ausdehnung nach hinten hin größer wird. Bei der Ausführung nach Fig. 1 hat diese Gleitfläche 14 im Querschnitt eine ballige oder bergkup­ penartige Form. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung des Arbeitskopfes 2 ist eine kegelförmige Gleitfläche 24 vorgesehen.

Der Bereich zwischen den Stegen 11 bzw. einer durch diese gelegten Rotationsfläche und dem Zentrumsbereich 3 bildet einen Durchgangsraum 15 (Fig. 1) für das Material, das durch die offenen Partien 13 zwischen den Stegen 11 her­ eingewonnen wird und das über die Gleitfläche 14 weiter nach hinten gefördert wird. Dazu sind Spüldüsen vorgesehen, durch die der Durchgangsraum 15 ständig freigespült wird.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 geht durch die Mitte des Arbeitskopfes 2 ein Rohr 17 hindurch, das über einen Drehübertrager 17′ an eine Zuführleitung 16 für Druckmedium angeschlossen ist und zu einem Kopf 18 führt.

Dieser ist an einem Sternpunkt 10, an dem die Stege in der Mitte zusammentreffen, vorgesehen und weist Düsen 19 auf, die so gerichtet sind, daß aus ihnen austretendes Druckmedium auf das Material einwirkt, das sich gerade im Durchgangsraum 15 befindet. Die Düsen können insbeson­ dere teils auf die Gleitfläche 14 hin, teils etwa tangen­ tial zu dieser gerichtet sein.

Alternativ zu dem Kopf 18 mit Düsen 19 oder auch zusätz­ lich dazu können Düsen 20 an den Stegen selbst vorgesehen sein, wie Fig. 1 bei dem Steg 11 in der oberen Hälfte zeigt. Solche Düsen können nach innen und/oder unter einem Winkel zur Seite hin gerichtet sein.

Eine weitere Ausführung einer Anordnung zum Weiterfördern des Materials und zum Freispülen des Zentrumsbereiches ist in Fig. 3 wiedergegeben. Hier ist auf der Rückseite des Sternpunktes 10, an dem die Stege 11 in der Mitte zusammentreffen, eine rotationssymmetrische, schalenför­ mig gewölbte Leitfläche 21 vorgesehen. In der Mitte des Zentrumsbereichs 3 ist eine Düse 22 (oder ein Düsenkranz) so angeordnet, daß der daraus austretende Druckmittel­ strahl auf die Leitfläche 21 auftrifft und an dieser im Sinne der eingezeichneten Pfeile so umgelenkt und kranz­ förmig geformt wird, daß auf das im Durchgangsraum 15 befindliche Material eine dieses weiterfördernde Wirkung ausgeübt wird.

Wie Fig. 3 außerdem zeigt, sind auch an den Abbauarmen 4 selbst mit Druckmedium zu speisende Düsen 29 vorgese­ hen, und zwar so, daß mit den aus ihnen austretenden Druckmittelstrahlen ein Weiterfördern des Materials und ein Freispülen der Durchlässe 30 bewirkt wird, die sich zwischen den Abbauarmen 4 im von den Stegen 11 überkron­ ten Zentrumsbereich 3 befinden. Die Speisung solcher Düsen kann bei der Ausführung nach Fig. 3 von einem Leitungsweg (Rohr 17) aus erfolgen, der auch die Düse 22 versorgt. Bei anderen Düsenanordnungen geschieht die Speisung von Düsen in oder an den Abbauarmen 4 separat oder auf entsprechende Weise in Verbindung mit der Ver­ sorgung anderer Düsen.

Die Fig. 3 veranschaulicht des weiteren ein vorteilhaf­ tes System zur Versorgung von Düsen mit Druckmedium. Wenn dasselbe auch in Verbindung mit der in dieser Figur ge­ zeigten Düsenanordnung dargestellt und erläutert ist, so kann ein solches System selbstverständlich auch bei ande­ ren Düsenanordnungen, so der in den übrigen Figuren be­ schriebenen oder noch anderen Ausführungen, vorteilhaft verwendet werden, sofern die notwendigen Voraussetzungen vom Arbeitsverfahren her gegeben sind, wie z. B. Arbeiten mit einer flüssigkeitsgefüllten Arbeitskammer.

Wie in Fig. 1 ist auch in Fig. 3 mit der Zahl 7 ein in die Arbeitskammer A hineinragender Absaugstutzen für die hydraulische Förderung des abgebauten Materials bezeich­ net. Für die Zufuhr von neuer Flüssigkeit dient ein in den unteren Bereich der Arbeitskammer mündendes Zulauf­ rohr 25. Weitere zu einem an sich bekannten System dieser Art gehörende Teile und Aggregate, wie Pumpe, Separier-Anlage usw., sind nicht dargestellt.

Mit der Zahl 26 ist eine vom oberen Teil der Arbeitskam­ mer A ausgehende Ansaugleitung zur Flüssigkeitsentnahme aus diesem Bereich bezeichnet, in dem die Flüssigkeit verhältnismäßig sauber ist. Sie wird von einer nur diesem Zweck dienenden Pumpe 27 angesaugt und mit vorgebbarem Druck in eine Zuführleitung 16 gefördert und gelangt über einen Drehübertrager 17′ und ein Rohr 17 im Arbeitskopf 2 zu der Düse 22 oder einem entsprechenden Düsenkranz od. dgl. Bei der Zahl 28 ist eine Steuer- oder Regelein­ richtung angedeutet, mit der die Arbeitsweise der Pumpe 27 beeinflußt werden kann. Die Pumpe ist so ausgelegt, daß die angeschlossenen Düsen mit Flüssigkeit von jeweils gewünschtem Druck versorgt werden. Ein solches System kann u. a. auch bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 vorhanden sein.

In Fig. 4 ist als Beispiel eine andere Form der vor dem Zentrumsbereich 3 des Arbeitskopfes 2 liegenden Stege gezeigt. Diese Stege 31 haben hier eine gekrümmte Form, die in manchen Fällen für den Abbau und die Weiterförde­ rung des Materials besonders günstig sein kann.

Schließlich veranschaulicht Fig. 5 eine Ausführung mit Stegen 41, die an beiden Rändern mit durch strichpunk­ tierte Linien 42 angedeuteten Werkzeugen versehen sind. Mit einer solchen Ausführung kann bei entsprechender Bestückung der Abbauarme 4 mit Werkzeugen mit dem Ar­ beitskopf 2 in beiden Drehrichtungen gearbeitet werden, während andere Ausführungen nur ein Arbeiten in einer Drehrichtung zulassen.

Claims (11)

1. Einrichtung für den Schildvortrieb mit einem Schild, einem drehend antreibbaren, Abbauarme aufweisenden Arbeitskopf und mit einer Arbeitskammer, aus der vom Arbeitskopf gelöstes Haufwerk über eine hydraulische Förderleitung abführbar ist, wobei ein Zentrums­ bereich des Arbeitskopfes mit sternartig angeordneten Stegen unter Belassung eines Durchgangsraumes über­ kront ist und wobei dem Durchgangsraum mit dem darin befindlichen gelösten Haufwerk Flüssigkeit aus einem Speisesystem über Austrittsöffnungen zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrumsbereich (3) des überkronten Arbeitskopfes (2) als weitgehend rotationssymmetrische Gleitfläche (14, 24) für das Abführen des in den Durchgangsraum (15) eingetretenen Haufwerks ausgebildet ist, daß die radiale Ausdehnung der von den Stegen (11, 31, 41) der Überkronung be­ abstandeten Gleitfläche (14, 24) sich in Richtung Schildende vergrößert und daß Spüldüsen (20) zum Freispülen des Durchgangsraumes (15) zumindest an der Überkronung des Arbeitskopfes (2) vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (14) wenigstens teilweise eine ballige Kontur hat.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (24) wenigstens teilweise kegelförmig ist.

4. Einrichtung ach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (20) an den Stegen (11) vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Sternpunkt (10), an dem die Stege (11) zusammentreffen, ein mit Düsen (19) versehener Kopf (18) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite eines Stern­ punktes (10), an dem die Stege (11) zusammentreffen, wenigstens eine gewölbte Leitfläche (21) für Druckme­ dium vorgesehen ist und im Zentrumsbereich (3) des Arbeitskopfes (2) wenigstens eine auf die Leitfläche (21) gerichtete Düse (22) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Abbauarmen (4) mit Druck­ medium zu speisende Düsen (29) zum Spülen von zwi­ schen den Abbauarmen (4) im überkronten Zentrumsbe­ reich (3) befindlichen Durchlässen (30) vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (11, 31, 41) wenigstens teilweise mit Werkzeugen (12, 42) bestückt sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (11, 41) in der Drauf­ sicht im wesentlichen geradlinig verlaufen.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (31) in der Draufsicht im wesentlichen gekrümmt verlaufen.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer im Betrieb nach vorne durch die Ortsbrust und nach hinten durch Bauteile begrenzten, zumindest weitgehend flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Ar­ beitskammer, wenigstens einem in die Arbeitskammer mündenden Zulauf für Flüssigkeit sowie mit einem in die Arbeitskammer ragenden Absaugstutzen od. dgl. am Ende einer Förderleitung für gelöstes Material, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Speisung der Düsen (19, 20, 22, 29) mit Flüssigkeit eine nur diesem Zweck dienende Pumpe (27) vorgesehen ist, deren Ansauglei­ tung (26) vom oberen Teil der Arbeitskammer (A) aus­ geht.