EP0108046B1 - Schrämkopf für Streckenvortriebsmaschinen sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
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- E21C35/22—Equipment for preventing the formation of, or for removal of, dust
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Definitions
- the invention relates to a cutting head for tunnel boring machines with chisels arranged on the circumference thereof and outlet nozzles for the exit of cooling water, which can be supplied with water via channels running inside the cutting head in the axial direction, the basic body of the cutting head consisting of annular disks adjoining one another in the axial direction, which are welded together (see AT-A-359 453), as well as on a method for producing such a cutting head.
- the outlet nozzles for the outlet of cooling water can also be used for the spraying of water for the purpose of depositing dust and a number of designs have become known in which such outlet nozzles are connected to the bit holder. With these designs, the water supply can be blocked or released by valves interacting with the chisels, and other controls for the supply of water are also possible. In all cases, it is necessary to equip the basic cutter body with appropriate channels to enable water to be supplied to the individual nozzles. As a rule, an axial water supply is provided for this purpose and from AT-A-359 453 a design has become known in which the water is distributed to the nozzles through an essentially cylindrical annular cavity which extends in the axial direction of the cutting head. The cutter head body mostly consists of cheap ferritic structural steel and is therefore susceptible to corrosion. In the known design, relatively high surface pressures acted in the radial direction within the essentially cylindrical cavity when the water was supplied under high pressure.
- the invention now aims to further develop a cutting head of the type mentioned at the outset such that tightness is ensured at high feed pressures and the risk of corrosion at the welding points is reduced.
- the invention consists essentially in the fact that the channels running within the cutting head in the axial direction of the same are designed as bores which penetrate the weld seams of adjacent disks of the basic body of the cutting head. Because the channels running in the axial direction of the cutting head are designed as bores, lower radial forces act at higher supply pressures in the sense of widening the cutting head than would be the case with a cylinder jacket.
- Ferritic structural steel can be selected as the basic cutter body and the welding of the adjacent ring discs can be achieved in a cost-effective manner by melting ferritic electrodes.
- the design is such that in the circumferential direction of the cutting head at least three bores are provided which run essentially parallel to the axis of the cutting head and which are closed at the end faces of the cutting head.
- the method according to the invention for producing this cutting head is essentially characterized in that at least one of the facing end faces of the annular disks in the region of adjacent inner edges of the annular disks of the basic cutter body to be welded to one another is chamfered or stepped over a radial area whose radial extent is greater than that Diameter of the bores running in the axial direction, that the annular disks are welded while filling the cavity formed in this way, and that the bores running in the axial direction of the cutting head are drilled through these weld seams after the disks have been welded together.
- a sufficiently large radial area is formed, in which the welding electrode can be melted off, so that it is ensured in the subsequent bore for the feed channels that this bore actually does Lich penetrates the weld.
- the radial area of the chamfer or recess must therefore be larger than the diameter of the bore to be retrofitted.
- FIG. 1 shows an axial section through a cutting head according to the prior art according to AT-A-359 453 and FIG. 2 shows an analog section through the design according to the invention.
- the cutting head 1 is constructed from discs 2 welded together and rotatably supported on a cutting arm, not shown.
- the last stage of the reduction gear is indicated by dashed lines at 3.
- the cutting head 1 is mounted on a carrier connected to the cutting arm via roller bearings 5.
- the water is first supplied via channels 6 in the carrier 4 and opens into a distributor space 7, via which it is guided via an axial feed line 8, which is sealed accordingly, and radial lines 9, into which distributor cavities 10 extending in the axial direction of the cutting head are guided.
- the face plate 11 of the cutting head 1 is connected to the base body of the cutting head by screws.
- the weld seams of the adjacent annular disks are exposed to the corrosion attack by the supplied water on an inner wall of the annular space 10.
- the water passes from the annular space 10 via essentially radial bores 13 to the outlet nozzles, which can be accommodated in the bit holder.
- At least three holes 14 are provided in the axial direction of the cutting head instead of the annular space 10, which are closed on both sides with closure pieces 15.
- the design can also be such that the bore 14 is divided into two bores 16 which are connected to one another via a radial bore 17. Even with such an embodiment, the bores 14 and 16 can still be cleaned after the closure pieces 15 have been loosened.
- the water supply to these bores 14 and 16, of which at least three are arranged distributed in the circumferential direction of the cutting head 1, can take place essentially analogously to the embodiment according to FIG. 1 and is not shown again.
- the individual disks 2 are welded to one another with their end faces, one disk 2 each having a recess which extends in the radial direction indicated by the arrow 18 and which extends over a partial region a.
- This partial area a is larger than the diameter b of the bores 14 and 16 and is filled by melting an electrode when the individual disks 2 are connected.
- the holes 14 and 16 are now passed through the welds, which are designated by 19, so that there is a smooth inner surface as the wall of the hole.
- the closure pieces 15 have a screw thread 20, which is screwed into a corresponding internal thread 21 on the end faces of the bores 14 and 16, respectively.
- Such a design is also suitable for the supply of pressurized water due to the lower pressure which becomes effective in the radial direction a pressure of up to 300 bar to the outlet nozzles without the risk of mechanical stress on the welds
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrämkopf für Streckenvortriebsmaschinen mit am Umfang desselben angeordneten Meißeln und Austrittsdüsen für den Austritt von Kühlwasser, welche über innerhalb des Schrämkopfes in Achsrichtung desselben verlaufende Kanäle mit Wasser versorgbar sind, wobei der Schrämkopfgrundkörper aus in Achsrichtung aneinander anschließenden Ringscheiben besteht, welche miteinander verschweißt sind (siehe AT-A-359 453), sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schrämkopfes.
- Die Austrittsdüsen für den Austritt von Kühlwasser können auch für das Versprühen von Wasser zum Zwecke des Niederschlagens von Staub verwendet werden und es sind eine Reihe von Ausbildungen bekannt geworden, bei welchen derartige Austrittsdüsen an den Meißelhalter angeschlossen sind. Die Wasserzufuhr kann bei diesen Ausbildungen durch mit den Meißeln zusammenwirkende Ventile gesperrt bzw. freigegeben werden und es sind auch andere Steuerungen für die Zufuhr des Wassers möglich. In allen Fällen ist es erforderlich, den Schrämkopfgrundkörper mit entsprechenden Kanälen auszustatten, um die Wasserzufuhr zu den einzelnen Düsen zu ermöglichen. In der Regel ist hiefür eine axiale Wasserzuführung vorgesehen und aus der AT-A-359 453 ist eine Ausbildung bekannt geworden, bei welcher die Verteilung des Wassers zu den Düsen durch einen sich in Achsrichtung des Schrämkopfes erstreckenden, im wesentlichen zylindrischen Ringhohlraum, erfolgt. Der Schrämkopfgrundkörper besteht zumeist aus billigem ferritischem Baustahl und ist daher korrosionsanfällig. Bei der bekannten Ausbildung wirkten innerhalb des im wesentlichen zylindrischen Hohlraumes relativ hohe Flächendrucke in radialer Richtung, wenn die Wasserzufuhr unter hohem Druck erfolgte.
- Gemeinsam mit der Korrosionsanfälligkeit des Schrämkopfgrundkörpers und insbesondere auf Grund der Korrosionsanfälligkeit der Schweißstellen benachbarter Ringscheiben, welche eine Innenwand des zylindrischen Hohlraumes bilden, ergeben sich bei der bekannten Ausbildung Probleme mit der Dichtheit. Die Korrosion an den Schweißstellen führte vereinzelt zu einem Lecken im Bereich der Schweißstellen und bei hohen Zuführungsdrucken bestand die Gefahr einer Zerstörung des Schrämkopfgrundkörpers durch Auftrennung längs der Stirnflächen benachbarter Ringscheiben.
- Die Erfindung zielt nun darauf ab, einen Schrämkopf der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei hohen Zuführungsdrucken die Dichtheit gewährleistet ist und die Gefahr einer Korrosion an den Schweißstellen verringert wird. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß die innerhalb des Schrämkopfes in Achsrichtung desselben verlaufenden Kanäle als Bohrungen ausgebildet sind, welche die Schweißnähte benachbarter Scheiben des Schrämkopfgrundkörpers durchsetzen. Dadurch, daß die in Achsrichtung des Schrämkopfes verlaufenden Kanäle als Bohrungen ausgebildet sind, wirken bei höheren Zuführungsdrucken geringere radiale Kräfte im Sinne einer Aufweitung des Schrämkopfes als dies bei einem Zylindermantel der Fall wäre. Dadurch, daß die Bohrungen Schweißnähte benachbarter Scheiben durchsetzen, ergibt sich überraschenderweise eine Verringerung der Korrosionsanfälligkeit im Bereich dieser Schweißnähte, was darauf zurückgeführt wird, daß die Bohrung im Bereich der Schweißnaht eine glatte Innenfläche aufweist, welche den Korrosionsangriff im Vergleich zu der rauhen Oberfläche der Schweißnaht bei der bekannten Ausbildung verringert. Vor allen Dingen ist hiebei zu berücksichtigen, daß bei einem Wasserzuführungsdruck von beispielsweise 300 bar unter Berücksichtigung der Fläche des Zylindermantels des Zuführungsraumes bei der bekannten Ausbildung Kräfte von bis zu 10 000 000 N in radialer Richtung wirken würden.
- Als Schrämkopfgrundkörper kann in bekannter Weise ferritischer Baustahl gewählt werden und die Verschweißung der benachbarten Ringscheiben kann durch Abschmelzen ferritischer Elektroden in kostengünstiger Weise erzielt werden. Erfindungsgemäß ist für die gleichmäßige Zuführung des Wassers zu den über den Umfang des Schrämkopfes verteilten Austrittsdüsen die Ausbildung so getroffen, daß in Umfangsrichtung des Schrämkopfes wenigstens drei im wesentlichen parallel zur Achse des Schrämkopfes verlaufende Bohrungen vorgesehen sind, welche an den Stirnflächen des Schrämkopfes abgeschlossen sind.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieses Schrämkopfes ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß von einander zugewendeten Stirnflächen der Ringscheiben im Bereich benachbarter Innenkanten der miteinander zu verschweißenden Ringscheiben des Schrämkopfgrundkörpers zumindest eine über einen radialen Bereich abgeschrägt oder abgesetzt ausgebildet wird, dessen radiale Erstreckung größer ist als der Durchmesser der in Achsrichtung verlaufenden Bohrungen, daß die Ringscheiben unter Auffüllen des auf diese Weise gebildeten Hohlraumes verschweißt werden, und daß die in Achsrichtung des Schrämkopfes verlaufenden Bohrungen nach dem Verschweißen der Scheiben miteinander durch diese Schweißnähte gebohrt werden. Durch die Abschrägung bzw. Ausnehmung an zumindest einer der benachbarten Stirnflächen der Ringscheiben wird ein hinreichend großer radialer Bereich ausgebildet, in welchem die Schweißelektrode abgeschmolzen werden kann, so daß bei der nachfolgenden Bohrung für die Zuführungskanäle sichergestellt wird, daß diese Bohrung tatsächlich die Schweißnaht durchsetzt. Der radiale Bereich der Abschrägung bzw. Ausnehmung muß somit größer sein als der Durchmesser der nachträglich anzubringenden Bohrung.
- Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Schrämkopf nach dem Stand der Technik gemäß AT-A-359 453 und Fig 2 einen analogen Schnitt durch die erfindungsgemäße Ausbildung.
- In Fig. 1 ist der Schrämkopf 1 aus miteinander verschweißten Scheiben 2 aufgebaut und drehbar an einem nicht dargestellten Schrämarm gelagert. Die letzte Stufe der Untersetzungsgetriebes ist strichliert mit 3 angedeutet. Die Lagerung des Schrämkopfes 1 an einem mit dem Schrämarm verbundenen Trägern erfolgt über Wälzlager 5.
- Die Wasserzufuhr erfolgt zunächst über Kanäle 6 im Träger 4 und mündet in einen Verteilerraum 7, über welchen sie über eine axiale Zuführungsleitung 8, welche entsprechend abgedichtet ist, und radiale Leitungen 9, in die sich in Achsrichtung des Schrämkopfes erstreckenden Verteilerhohlräume 10 geführt ist. Die Stirnscheibe 11 des Schrämkopfes 1 ist hiebei durch Schrauben mit dem Grundkörper des Schrämkopfes verbunden. Die Schweißnähte der benachbarten Ringscheiben sind an einer Innenwand des Ringraumes 10 dem Korrosionsangriff durch das zugeführte Wasser ausgesetzt. Aus dem Ringraum 10 gelangt das Wasser über im wesentlichen radiale Bohrungen 13 zu den Austrittsdüsen, welche im Meißelhalter untergebracht sein können.
- Bei der Ausbildung nach Fig. 2 sind nun anstelle des Ringraumes 10 wenigstens drei in Achsrichtung des Schrämkopfes durchgehende Bohrungen 14 vorgesehen, welche an beiden Seiten mit Verschlußstücken 15 abgeschlossen sind.
- Sofern es die Geometrie des Schrämkopfes erfordert, kann die Ausbildung, wie im oberen Teil der Fig. 2 dargestellt, auch so getroffen sein, daß die Bohrung 14 in zwei Bohrungen 16 unterteilt ist, welche über eine radiale Bohrung 17 miteinander verbunden sind. Auch bei einer derartigen Ausführung läßt sich nach Lösen der Verschlußstücke 15 noch eine Reinigung der Bohrungen 14 bzw. 16 erzielen. Die Wasserzuführung zu diesen Bohrungen 14 bzw. 16, von welchen wenigstens drei in Umfangsrichtung des Schrämkopfes 1 verteilt angeordnet sind, kann im wesentlichen analog wie bei der Ausbildung nach Fig. 1 erfolgen und ist nicht nochmals dargestellt.
- Die einzelnen Scheiben 2 sind mit ihren Stirnflächen miteinander verschweißt, wobei jeweils eine Scheibe 2 eine sich in der durch den Pfeil 18 angedeuteten radialen Richtung erstreckende Ausnehmung aufweist, welche sich über einen Teilbereich a erstreckt. Dieser Teilbereich a ist größer als der Durchmesser b der Bohrungen 14 bzw. 16 und wird bei der Verbindung der einzelnen Scheiben 2 durch Abschmelzen einer Elektrode aufgefüllt. Die Bohrungen 14 bzw. 16 werden nun durch die Schweißnähte, welche mit 19 bezeichnet sind, hindurchgeführt, so daß sich eine glatte Innenfläche als Wand der Bohrung ergibt. Die Verschlußstücke 15 weisen ein Schraubgewinde 20 auf, welches in ein entsprechendes Innengewinde 21 an den Stirnseiten der Bohrungen 14 bzw. 16 eingeschraubt ist. Die im wesentlichen radialen Stichleitungen 13 zu den Austrittsdüsen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, münden in diese Bohrungen 14 bzw. 16. Eine derartige Ausbildung ist auf Grund des geringeren, in radialer Richtung wirksam werdenden Druckes auch für die Zuführung von Druckwasser unter einem Druck von bis zu 300 bar zu den Austrittsdüsen geeignet, ohne daß die Gefahr einer mechanischen Überbeanspruchung der Schweißnähte 19 zu benachbarten Ringscheiben 2 besteht.
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