DE4240297C2 - Schildvortriebsmaschine mit einer Dickstoffkolbenpumpenfördereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schildvortriebsmaschine mit einer Dickstoffkolbenpumpenfördereinrichtung, mit einem im wesentlichen zylindrischen Schildmantel, mit einem stirnseitig um die Zentralachse des Schildmantels motorisch drehbaren Schneidrad, mit einem über Durch­ trittsöffnungen im Schneidrad mit geschnittenem Hauf­ werk beaufschlagbaren Schneidraum und mit einer den Schneidraum begrenzenden Trennwand, wobei die Förderein­ richtung ein Förderrohr aufweist, das an der von dem Schneidraum abgewandten Trennwandseite angeschlossen ist, und wobei der Weitertransport des im Schneidraum plastifizierten Haufwerks über eine Dickstoffkolbenpumpe erfolgt.

Es sind Schildvortriebsmaschinen mit einer integrierten Dickstoffkolbenpumpenfördereinrichtung dieser Art be­ kannt (US-PS 4 846 606, DE-PS 34 03 890), bei welchen das in den Schneidraum hereingewonnene Haufwerk von ei­ nem mit seinem Förderrohr die Trennwand durchdringenen Schneckenförderer aus dem Schneidraum abgefördert und einem Aufgabetrichter einer Dickstoffkolbenpumpe zuge führt wird. Von dort aus wird das gegebenenfalls unter Zusatz eines Förderhilfsmittels plastifizierte Haufwerk mit Hilfe einer Dickstoffpumpe über eine Förderleitung weitergefördert. Installationen dieser Art sind recht kompliziert und haben einen großen Platzbedarf, was vor allem bei kleinen Tunnelmaschinen als nachteilig emp­ funden wird. Weiter kann dort im Schneidraum vorhande­ ner Überdruck, insbesondere bei wasserführendem Erd­ reich, dazu führen, daß Abraummaterial und Wasser durch den Schneckenförderer hindurchschießt und die Umgebung gefährdet oder aufwendige druckfeste Schließeinrichtun­ gen erfordert.

Weiter ist es bei Zweizylinder-Dickstoffkolbenpumpen an sich bekannt (DE-OS 4 21 51 403), eine Drehrohrweiche vorzusehen, welche die Auslaßöffnungen der Förderzylin­ der wechselweise während des Druckhubs mit einer För­ derleitung verbindet und während des Saughubs zum Füll­ trichter hin freigibt. Die Drehrohrweiche ist dort mit ihrem Austrittsende an der Förderleitung angeflanscht und dabei so drehbar gelagert, daß sich ihr Eintrittsende zwischen den stirnseitigen Öffnungen der Förderzylinder motorisch hin- und her verschwenken läßt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, die bekannte Schildvortriebsmaschine der ein­ gangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß ein besonders einfacher und platzsparender Abtransport des Haufwerks gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, eine hydraulisch angetriebene Dickstoffkolbenpumpe un­ mittelbar im Tunnelschild zu integrieren und den Schneid­ radantrieb zur Ansteuerung der Dickstoffkolbenpumpe zu nutzen. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Förderrohr als achszentrales Druckrohr der Dickstoffkolbenpumpe ausgebildet ist, daß mindestens ein im Abstand vom Druckrohr achsparallel angeordneter, einen abwechselnd unter Ausführung eines Saughubs und eines Druckhubs hydraulisch angetriebenen Förderkolben aufweisender Förderzylinder mit seiner stirnseitigen Öffnung in Richtung Schneidraum weisend an der von dem Schneidraum abgewandten Trennwandseite angeschlossen ist, und daß auf der Schneidraumseite der Trennwand eine an ihrem Austrittsende an die Druckrohr­ öffnung angeschlossene und um die Zentralachse gemein­ sam mit dem Schneidrad motorisch drehbare und mit ihrem Eintrittsende die stirnseitige Öffnung des Förderzylin­ ders während des Druckhubs des Förderkolbens übergrei­ fende und während des Saughubs zum Schneidraum hin frei­ gebende Drehrohrweiche angeordnet ist. Mit den erfin­ dungsgemäßen Maßnahmen wird außerdem erreicht, daß ein gegebenenfalls im Schneidraum vorhandener Überdruck gefahrlos abgebaut wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zwei mit ihren stirnseitigen Öffnungen aufeinan­ der gegenüberliegenden Seiten des Druckrohranschlusses in den Schneidraum mündende, im Gegentakt arbeitende Förderzylinder vorgesehen, deren Öffnungen vom Eintritts­ ende der Drehrohrweiche abwechselnd übergriffen und freigegeben werden. Die Förderzylinder und das Druckrohr sind dabei zweckmäßig mit einer vormontierten Flansch­ platte an der schildfesten Trennwand anflanschbar, wäh­ rend die Drehrohrweiche einen mit dem Schneidrad verbun­ denen Drehmitnehmer vorzugsweise in Form eines zur Aus­ trittsöffnung achsparallelen, an der Schneidraumseite des Schneidrads achszentral anflanschbaren Wellenzapfens trägt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Drehrohrweiche an ihrem Eintrittsende eine in Drehrichtung vorzugsweise nierenförmig erweiterte Ein­ trittsöffnung auf, die bei der Zweizylinderpumpe sich zweckmäßig über einen Winkelbereich von 120° bis 150° in Drehrichtung des Schneidrads erstreckt. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß für den Druckhub trotz der weiterdrehenden Drehrohrweiche genügend Zeit zur Verfü­ gung steht, in der der betreffende Förderzylinder mit dem Druckrohr verbunden ist. Es muß dabei nur vermieden werden, daß die erweiterte Eintrittsöffnung beide För­ derzylinderöffnungen gleichzeitig überlappt. Die Ab­ dichtung der Drehrohrweiche im Bereich ihrer Eintritts­ öffnung erfolgt zweckmäßig durch selbsttätig nachstel­ lende Verschleißringe im Bereich der nierenförmigen Eintrittsöffnung und durch eine schneidraumseitig an der Trennwand angeordnete, die stirnseitigen Förderzy­ linderöffnungen bildende austauschbare ringförmige Ver­ schleißplatte.

Die zyklische Umschaltung der Förderkolben zwischen An­ saug- und Druckhub wird zweckmäßig über ein auf mit dem Schneidrad oder dessen Drehantrieb mitbewegte Betäti­ gungselemente ansprechendes schildfestes Schaltorgan gesteuert.

Zur Vermeidung von die Ansaugöffnung der Förderzylinder verstopfenden Hindernissen weisen die vorzugsweise schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen im Schneidrad zweckmäßig einen kleineren Querschnitt als die Öffnun­ gen des Förderzylinders und/oder des Druckrohrs auf. Weiter kann zu diesem Zweck mindestens ein in den Schneidraum bis in die Nähe der Förderzylinderöffnungen eingreifender, mit dem Schneidrad mitbewegter Wisch- oder Mischarm oder ein im Schneidraum angeordnetes, vorzugsweise durch den Schneidradantrieb angetriebenes Rührwerk vorgesehen werden, womit vor die Förderzylin­ der gelangende größere Steine oder Erdklumpen wegge­ wischt oder weggebrochen werden können. Die Mischarme bzw. das Rührwerk werden außerdem zur Vermischung des Abraummaterials bzw. Haufwerks im Schneidraum und zur Vergrößerung der Plastizität und Flexibilität benutzt. Bei Bedarf kann hierzu auch noch Wasser zugesetzt wer­ den.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Vortriebsschild einer Schildvortriebsmaschine mit integrierter Dickstoffkolbenpumpe

Fig. 2 ein Schema der geometrischen Zuordnung zwischen Dickstoffkolbenpumpe und Schneidrad der Schild­ vortriebsmaschine nach Fig. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Schildvortriebsma­ schine besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Schildmantel 2, einem den Schildmantel 2 stirnseitig begrenzenden, über einen Antriebsmotor 8, ein Zahnrit­ zel 3 und einen Zahnkranz 22 um die Zentralachse des Schildmantels drehbar angetriebenen, mit Schneidzähnen 20 bestückten Schneidrad 1 und einer im Schildmantel 2 integrierten Dickstoffkolbenpumpe 14, 15, 16 für das im Schneidraum 9 anfallende Haufwerk. Das Schneidrad 1 ist über ein kombiniertes Axial-/Radiallager 5 innerhalb des Schildmantels drehbar gelagert und durch eine In­ nendichtung 4 und eine Außendichtung 6 unter Begrenzung des Schneidraums 9 gegenüber dem Schildinnenraum 10 und dem Außenraum abgedichtet.

Die Dickstoffkolbenpumpe 14, 15, 16 ist mittels eines Flansches 12 an der rückwärtigen Trennwand 7 des Schneid­ raums 9 angeflanscht. Sie besteht im wesentlichen aus zwei mit ihren stirnseitigen Öffnungen von außen her in den Schneidraum 9 mündenden Förderzylindern 14, deren Förderkolben 16 mit Hilfe hydraulischer Antriebszylinder 15 im Gegentakt unter abwechselnder Ausführung eines Saughubs und eines Druckhubs antreibbar sind. Eine in­ nerhalb des Schneidraums 9 angeordnete Drehrohrweiche 17 sorgt dafür, daß während des Saughubs die betreffende Förderzylinderöffnung zum Schneidraum hin offen ist und während eines Druckhubs mit einem achszentral angeord­ neten Druckrohr 11 verbunden ist. Zu diesem Zweck ist die Rohrweiche 17 mit ihrer an das Druckrohr 11 ange­ schlossenen, achszentral angeordneten Austrittsöffnung am Flansch 12 bzw. am Druckrohr 11 drehbar gelagert und über den achszentralen Wellenzapfen 19 drehfest mit dem Schneidrad 1 verbunden. Dadurch wird die Drehrohrweiche synchron mit dem Schneidrad 1 um dessen Zentralachse mitgedreht, so daß ihre Eintrittsöffnung 18 abwechselnd vor die eine oder andere Öffnung der Förderzylinder 14 gelangt. Die Antriebszylinder 15 werden über ein schild­ festes Schaltorgan 24 und zahnkranzfeste Betätigungsor­ gane 23 zur Ausführung eines Saughubs bzw. eines Druck­ hubs phasengerecht im Sinne der vorstehenden Ausführun­ gen angesteuert. Die Eintrittsöffnung 18 der Drehrohr­ weiche 17 ist in ihrer Drehrichtung so nierenförmig erweitert, daß trotz Weiterdrehens der Drehrohrweiche während des gesamten Druckhubs eines Förderkolbens 16 eine Verbindung zum Druckrohr 11 aufrechterhalten bleibt.

Um Verstopfungen an den Ansaugöffnungen der Förderzy­ linder zu vermeiden, weist das Schneidrad 1 schmale Schlitzöffnungen 21 auf, durch die nur entsprechend zerkleinertes Abraummaterial in den Schneidraum 9 ge­ langen kann. Weiter ist das Schneidrad 1 innenseitig mit Wisch- oder Mischarmen 25 bestückt, die bis in die Nähe der stirnseitigen Förderzylinderöffnungen reichen und dafür sorgen, daß größere Steine oder Klumpen vor diesen Öffnungen weggewischt oder weggebrochen werden.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin­ dung bezieht sich auf eine Schildvortriebsmaschine mit einer Dickstoffkolbenpumpenfördereinrichtung, mit einem an einem Vortriebsschild 2 drehbar gelagerten Schneid­ rad 1 und mit einer Fördereinrichtung 11, 14, 17 zum Ab­ transport des anfallenden Haufwerks. Eine besonders einfache und kompakte Ausbildung einer solchen Schild­ vortriebsmaschine wird gemäß der Erfindung dadurch er­ zielt, daß eine hydraulisch angetriebene Dickstoffkol­ benpumpe unmittelbar im Vortriebsschild integriert und direkt über den Schneidradantrieb angesteuert wird.

Claims (13)

1. Schildvortriebsmaschine mit einer Dickstoffkolben­ pumpenfördereinrichtung (11, 14, 17), mit einem im wesentlichen zylindrischen Schildmantel (2), mit einem stirnseitig um die Zentralachse des Schild­ mantels (2) motorisch drehbaren Schneidrad (1), mit einem über Durchtrittsöffnungen (21) im Schneidrad mit geschnittenem Haufwerk beaufschlagbaren Schneid­ raum (9) und mit einer den Schneidraum (9) begren­ zenden Trennwand (7), wobei die Fördereinrichtung (11, 14, 17) ein Förderrohr (11) aufweist, das an der von dem Schneidraum (9) abgewandten Trennwandseite angeschlossen ist, und wobei der Weitertransport des im Schneidraum (9) plastifizierten Haufwerks über eine Dickstoffkolbenpumpe (14, 15, 16) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderrohr als achs­ zentrales Druckrohr (11) der Dickstoffkolbenpumpe (14, 15, 16) ausgebildet ist, daß mindestens ein im Abstand vom Druckrohr (11) achsparallel angeordneter, einen abwechselnd unter Ausführung eines Saughubs und eines Druckhubs hydraulisch angetriebenen Förder­ kolben (16) aufweisender Förderzylinder (14) mit seiner stirnseitigen Öffnung in Richtung Schneidraum (9) weisend an der von dem Schneidraum abgewandten Trennwandseite angeschlossen ist, und daß auf der Schneidraumseite der Trennwand (7) eine an ihrem Austrittsende an die Druckrohröffnung angeschlossene und um die Zentralachse gemeinsam mit dem Schneid­ rad (1) motorisch drehbare und mit ihrem Eintritts­ ende (18) die stirnseitige Öffnung des Förderzylin­ ders (14) während des Druckhubs des Förderkolbens (16) übergreifende und während des Saughubs zum Schneidraum (9) hin freigebende Drehrohrweiche (17) angeordnet ist.

2. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise schlitzförmi­ gen Durchtrittsöffnungen (21) im Schneidrad (1) einen kleineren Querschnitt als das Druckrohr (11) und/oder der Förderzylinder (14) aufweisen.

3. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei mit ihren stirnsei­ tigen Öffnungen aufeinander gegenüberliegenden Seiten des Druckrohranschlusses in den Schneidraum (9) mündende, im Gegentakt arbeitende Förderzylin­ der (14) vorgesehen sind, deren Öffnungen vom Ein­ trittsende (18) der Drehrohrweiche (17) abwechselnd übergriffen und freigegeben werden.

4. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrohrwei­ che durch ein im wesentlichen U-förmig gebogenes, mit seinen Ein- und Austrittsöffnungen in Richtung Trennwand (7) weisendes Rohrstück gebildet ist.

5. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrohrwei­ che (17) an ihrem Eintrittsende (18) eine in Dreh­ richtung vorzugsweise nierenförmig erweiterte Ein­ trittsöffnung aufweist.

6. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erweiterte Eintrittsöffnung (18) sich über einen Winkelbereich von 120° bis 150° in Drehrichtung des Schneidrads (1) erstreckt.

7. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderzylin­ der (14) und das Druckrohr (11) mit einer vormon­ tierten, vorzugsweise angeschweißten Flanschplatte (12) an der schildfesten Trennwand (7) anflanschbar sind.

8. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrohrwei­ che (17) einen mit dem Schneidrad (1) verbundenen Drehmitnehmer vorzugsweise in Form eines zu ihrer Austrittsöffnung koaxialen, an der Schneidraumseite des Schneidrads (1) achszentral anflanschbaren Wellenzapfens (19) trägt.

9. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein auf mit dem Schneid­ rad (1) oder dessen Drehantrieb (22) mitbewegte Betätigungselemente (23) ansprechendes schildfestes Schaltorgan (24) zur drehsynchronen Umsteuerung der Förderkolben (16).

10. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (7) schneidraumseitig mit einer die stirnseitigen Förderzylinderöffnungen begrenzenden, austauschba­ ren ringförmigen Verschleißplatte für die Drehrohr­ weiche (17) bestückt ist.

11. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens einen in den Schneidraum (9) bis in die Nähe der Förderzy­ linderöffnungen eingreifenden, mit dem Schneidrad (1) mitbewegten Wisch- oder Mischarm (25).

12. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein im Schneidraum (9) angeordnetes, vorzugsweise durch den Schneidradan­ trieb (8) angetriebenes Rührwerk.

13. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidraum (9) mit Wasser beaufschlagbar ist.