EP3701091A1 - Spezialtiefbaumaschine, insbesondere schlitzwandfräse - Google Patents

Spezialtiefbaumaschine, insbesondere schlitzwandfräse

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EP3701091A1
EP3701091A1 EP19789960.2A EP19789960A EP3701091A1 EP 3701091 A1 EP3701091 A1 EP 3701091A1 EP 19789960 A EP19789960 A EP 19789960A EP 3701091 A1 EP3701091 A1 EP 3701091A1
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EP
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pressure
civil engineering
engineering machine
chamber
sealing
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EP19789960.2A
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Hans Reinhardt
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Liebherr Werk Nenzing GmbH
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    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/13—Foundation slots or slits; Implements for making these slots or slits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
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    • E02F3/20—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels with tools that only loosen the material, i.e. mill-type wheels
    • E02F3/205—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels with tools that only loosen the material, i.e. mill-type wheels with a pair of digging wheels, e.g. slotting machines
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    • E02F3/18—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels
    • E02F3/22—Component parts
    • E02F3/24—Digging wheels; Digging elements of wheels; Drives for wheels
    • E02F3/246—Digging wheels; Digging elements of wheels; Drives for wheels drives

Definitions

  • the invention relates to a special foundation machine, in particular trench cutter, with at least one rotating tool and at least one tool, which is arranged within a housing of the machine tool and in the region of its shaft exit to the driven tool has at least one bearing seal for sealing the interior of the housing from the environment.
  • the working device sunk in the supporting liquid is exposed to a pressure load from the outside, which increases with increasing depth. Because of the content of water and minerals that are corrosive and abrasive to mechanical components of the tool drive. penetration of support fluid into the drive must always be prevented.
  • Frequently used sealing systems usually provide mechanical seals that have to be pressurized from the inside with a pressure that is generated, which ideally should be slightly above the prevailing external pressure.
  • Such che solutions often start from a drive housing of a slot milling machine, the interior of which is filled with gear oil and the pressure level is adjusted via a hydraulic adjusting piston.
  • a disadvantage of the solution presented is that the complete drive housing must be filled with oil in order to be able to handle the pressure change in the housing with an acceptable system size of control pistons, expansion tanks or the like. Especially when using gears, this leads to considerable losses in efficiency due to hydrodynamic processes (so-called flanges), along with considerable thermal stress on lubricants, bearings and sealing materials.
  • this system with actuating pistons is subject to an unavoidable hysteresis due to frictional losses in the piston seal, which affects the accuracy of the pressurization, especially at low working depths and changing directions of movement of the implement.
  • An alternative solution is known from EP 1 529 924 A1.
  • An electronic solution is used here, which suggests a sensor-based active measurement of the pressure level, appropriate signal processing and subsequent pressure control using electronic control.
  • sensor-based systems with active pressure control require a damping device in order to compensate for switching operations and to be able to process any control deviations.
  • the object of the present invention is therefore to look for an alternative solution that at least partially overcomes the above-mentioned problem.
  • the at least one bearing seal of the special civil engineering machine from at least two separate sealing elements.
  • a sealing chamber lying between the sealing elements is formed, which can be acted upon with a definable pressure level.
  • This pressure chamber is separated from the rest of the housing in terms of printing technology.
  • the deep foundation machine sunk in the construction pit and in particular within a liquid is exposed to a pressure load from outside which increases with increasing depth.
  • this pressure load is referred to below as the ambient pressure.
  • the pressure level in the sealing chamber must now be adjusted by a pressure compensation device so that it is equal to or higher than the ambient pressure, because only in this way can a satisfactory sealing effect of the at least one sealing element be ensured.
  • the special foundation engineering machine is, in particular, a trench wall cutter with one or more cutter wheels as a tool, which are set in rotation via at least one cutter drive accommodated in a housing.
  • the corresponding bearing seal with the configuration according to the invention is provided in the area of the drive shaft emerging from the housing.
  • the sealing chamber is sealed from the surroundings by an outer sealing element, the outer sealing element preferably having sufficient material resistance to a substance, in particular liquid, surrounding the special foundation engineering machine in special foundation engineering.
  • the outer sealing element is sufficiently resistant to a supporting liquid filled in the trench, which usually consists of water, clay minerals and other additives.
  • a sealing element is able to withstand the abrasive and corrosive properties of the surrounding support fluid. To do this, however, it requires the required pressure from the sealing chamber.
  • the outer sealing element is preferably a mechanical seal.
  • a significantly less material-resistant sealing element can be used as the inner sealing element, that is to say the sealing element that seals the sealing chamber from the tool drive or a gear space, since this does not come into contact with the soiling of the supporting fluid mentioned above, but only with the pressure medium used within the sealing chamber on the one hand or any substances located within the tool drive / gear chamber, in particular the gear oil.
  • This flexibility gained when selecting the appropriate sealing material has the advantage that a pressure-resistant material can be used here, but the sealing effect is independent of the pressure.
  • An elastomer seal is suitable, for example.
  • the sealing chamber can be hermetically sealed, i.e. compared to the ambient pressure and / or the housing space or gear compartment. It is also conceivable that at least one pressure relief to the housing space or gear space is provided instead. For example, the sealing chamber is relieved via at least one throttle to the housing space, in particular the gear space.
  • any type of pressure compensation device can be used to implement the present invention, which is suitable for setting the present pressure level within the sealing chamber as a function of the ambient pressure.
  • a pressure level should particularly preferably be slightly higher than the ambient pressure, so that a sufficient sealing effect of the outer seal can be ensured.
  • a newly designed pressure compensation device which comprises at least one pump whose pressure outlet is directly or indirectly connected to the sealing chamber in order to apply the required chamber pressure as a function of the ambient pressure.
  • a throttle can be integrated between the pressure side of the pump and the sealing chamber.
  • the suction side of the pump is connected to the housing interior of the tool drive, in particular the gear space of the milling drive.
  • the pressure outlet of the pump is connected to the sealing chamber.
  • the pump sucks a volume flow in Substance located in the gearbox, in particular gear oil, and pumps this sen at least partially into the sealing chamber.
  • a pressure relief valve can be installed on the pressure side of the pump, the pressure input of which is connected to the pressure side of the pump.
  • This switching structure enables an exact setting of the pressure level achieved within the sealing chamber by adjusting the degree of opening of the pressure relief valve. By setting the opening pressure in a targeted manner, the achievable pressure level in the sealing chamber can be influenced and set with sufficient accuracy. It is not necessary to change the swallowing volume of the pump.
  • the pressure relief valve used is preferably pilot-controlled in order to be able to adjust the opening pressure and thus the desired target pressure level within the sealing chamber accordingly.
  • the control pressure connection is connected to a membrane via a control pressure volume.
  • the control pressure volume and the ambient pressure act on the membrane on the one hand, so that changes in the ambient pressure automatically lead to an adjustment of the opening pressure of the pressure relief valve. E.g. leads to an increase in the ambient pressure to a corresponding increase in the control pressure, which ultimately the target pressure level within the Dichtkam mer is adjusted accordingly.
  • the pressure level within the sealing chamber is set exactly to the ambient pressure or to an exact difference to the ambient pressure.
  • An additional one can be used to set a desired pressure difference direct control of the pressure relief valve can be seen by means of spring preload.
  • the spring preload acts against the control pressure on the pressure relief valve, ie the valve piston, so that the spring preload defines the desired pressure difference between the pressure level within the sealing chamber and the ambient pressure.
  • a pressure limiting valve with adjustable spring preload is used.
  • the outlet of the pressure relief valve can, for example, be connected directly to the gear space of the tool drive or milling drive in order to return the gear oil to the housing or gear space in the sense of a closed circuit.
  • the implementation of the proposed oil circuit of the transmission oil enables the use of additional components, such as an oil filter, a heat exchanger or another analysis device for monitoring and evaluating the oil properties.
  • additional components such as an oil filter, a heat exchanger or another analysis device for monitoring and evaluating the oil properties.
  • the analysis device can be used, for example, to detect any contamination of the gear oil in good time and thereby to be able to conclude that the bearing seal has a decreasing sealing effect.
  • the aforementioned components are preferably installed in the return line from the pressure relief valve to the gear chamber.
  • Figure 1 a hydraulic circuit diagram of the trench cutter according to the invention according to a first embodiment
  • Figure 2 is a hydraulic circuit diagram of a slightly modified embodiment compared to the embodiment of Figure 1.
  • FIG. 1 shows a hydraulic circuit diagram for a trench cutter according to the invention, which comprises a housing, not shown, in which a milling drive is housed.
  • the milling drive comprises the two milling wheel gears 1, which are driven by a common fly hydraulic motor 2.
  • Several drive shafts emerge from the housing and must be sealed by means of the bearing seals 9, 10, which are explained in detail below.
  • a pump unit 3 draws in a low, constant oil flow from the transmission interior 4, which flows through the pressure relief valve 5.
  • the pressure relief valve 5 has an adjustable spring preload and a control pressure connection 7. The ambient pressure acts directly on an oil volume via the membrane 6, which acts on the control pressure connection 7 of the valve 5.
  • the pressure generated by the pump 3 and by means of the pressure relief valve 5 is applied to the oil-filled sealing chamber 8, which is sealed by a mechanical seal 9 against the environment and an elastomeric seal 10 against the interior of the transmission 1.
  • the ambient pressure in the supporting fluid can assume values between atmospheric pressure and approx. 20 - 25 bar.
  • Seals 9 and 10 separate the overall sealing task of the bearing seal into two sub-tasks, for which they are each designed:
  • Seal 9 is able to withstand the abrasive and corrosive properties of the surrounding supporting fluid, but this requires a pressure in the sealing chamber 8, which must be adhered to as precisely as possible and is approximately 2 bar above the pressure of the surrounding supporting fluid, with less than 1 bar tolerance.
  • Seal 10 tolerates the potentially high differential pressure between the environment and the gearbox interior, but is dependent on the cleanliness of the surrounding fluids.
  • the pressure relief valve 5 influences the pressure in the sealing chamber 8 by adding the spring pressure (2 bar) to the ambient pressure in the control connection 7.
  • the valve 5 is continuously flowed through and thus its valve piston is kept in motion, as a result of which pressure peaks are avoided and possible flysteresis effects are kept low.
  • the circulating oil is the transmission 1 via the return line 11 leads again.
  • this returning oil is used to lubricate gear parts whose oil wetting is not ensured by general operation.
  • heat exchangers, filters and devices for oil analysis can be integrated into the line 11 in order to remove heat, clean gear transmission from the oil and detect a deterioration in the sealing effect, in particular by detecting components of the loading Support fluid in the oil.
  • the system presented does not require any electronic components and no further control effort. The sealing effect of the bearing seal is retained even if all control systems fail, as long as the drive unit of the overall system is in operation.
  • FIG. 2 which is slightly modified compared to FIG. 1, the sealing chambers 8 'are not hermetically sealed, but instead are relieved via throttles 13 in the gear chamber 4. Such a modification allows heat to be removed from the sealing chamber 8 'and oil exchange and oil cleaning of the sealing chamber 8'.
  • the remaining structure of the embodiment from FIG. 2 is identical to that of FIG. 1, which is why identical reference numerals have been used.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spezialtiefbaumaschine, insbesondere Schlitzwandfräse, mit wenigstens einem rotierenden Werkzeug und einem Werkzeugantrieb, der innerhalb eines Gehäuses der Spezialtiefbaumaschine angeordnet ist und im Bereich seines Wellenaustritts aus dem Gehäuse zum angetriebenen Werkzeug mittels wenigstens einer Lagerdichtung gegenüber der Umgebung abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerdichtung wenigstens zwei separate Dichtungselemente umfasst, durch deren Anordnung eine zwischen den Dichtungselementen liegende Dichtkammer gebildet ist, wobei eine Druckausgleichsvorrichtung vorgesehen ist, die den Kammerdruck in der Dichtkammer in Abhängigkeit des Umgebungsdruckes der Spezialtiefbaumaschine steuert.

Description

Spezialtiefbaumaschine, insbesondere Schlitzwandfräse
Die Erfindung betrifft eine Spezialtiefbaumaschine, insbesondere Schlitzwandfräse, mit wenigstens einem rotierenden Werkzeug sowie wenigstens einem Werkzeugan trieb, der innerhalb eines Gehäuses der Werkzeugmaschine angeordnet ist und im Bereich seines Wellenaustritts zum angetriebenen Werkzeug wenigstens eine La gerdichtung zur Abdichtung des Gehäuseinneren gegenüber der Umgebung auf weist.
Im Spezialtiefbau werden tiefgehende Erdaushübe, bspw. bis zu Tiefen von 100 Metern oder mehr, mittels speziellen Fräs- oder Bohrwerkzeugen ausgeführt. Da die Geometrie der so entstehenden sehr schlanken Baugrube den Einbau einer Schalung zum Abstützen des Erdreichs nicht zulässt, kommt noch während der Aushubarbeiten eine Stützflüssigkeit zum Einsatz, die meist aus Wasser, Tonmine ralien und weiteren Zuschlagsstoffen besteht.
Das in der Stützflüssigkeit versenkte Arbeitsgerät ist dabei in Abhängigkeit der Ein dringtiefe und der Flüssigkeitsdichte einer Druckbelastung von außen ausgesetzt, die mit zunehmender Tiefe ansteigt. Wegen des Gehaltes an Wasser und Minera lien, die korrosiv und abrasiv auf mechanische Bauteile des Werkzeugantriebs wir- ken können, muss das Eindringen von Stützflüssigkeit in den Antrieb stets sicher verhindert werden.
Häufig eingesetzte Dichtungssysteme sehen meist Gleitringdichtungen vor, die von innen mit einem eigens erzeugten Druck beaufschlagt werden müssen, der ideal erweise geringfügig oberhalb des vorherrschenden Außendrucks liegen sollte. Sol che Lösungen gehen häufig von einem Antriebsgehäuse einer Schlitzfräse aus, dessen Innenraum mit Getriebeöl befüllt ist und eine Anpassung des Druckniveaus über einen hydraulischen Stellkolben erfolgt.
Nachteilig an der vorgestellten Lösung ist jedoch, dass das vollständige Antriebs gehäuse mit Öl befüllt sein muss, um mit vertretbarer Systemgröße von Stellkolben, Ausgleichsbehälter oder ähnlichem die Druckänderung im Gehäuse bewerkstelli gen zu können. Insbesondere bei Einsatz von Getrieben führt dies zu erheblichen Wirkungsgradverlusten aufgrund hydrodynamischer Vorgänge (sogenanntes Flan schen), einhergehend mit erheblicher thermischer Belastung von Schmierstoffen, Lagerungen und Dichtwerkstoffen.
Zudem unterliegt dieses System mit Stellkolben aufgrund von Reibungsverlusten der Kolbendichtung einer nicht zu vermeidenden Hysterese, welche insbesondere bei geringen Arbeitstiefen und wechselnder Bewegungsrichtung des Arbeitsgerätes die Genauigkeit der Druckbeaufschlagung beeinträchtigt.
Eine alternative Lösung ist aus der EP 1 529 924 A1 bekannt. Hier wird mit einer elektronischen Lösung gearbeitet, die eine sensorbasierte aktive Messung des Druckniveaus, entsprechende Signalverarbeitung und nachfolgende Drucksteue rung mittels elektronischer Steuerung vorschlägt. Sensorbasierte System mit akti ver Druckregelung benötigen jedoch zwingend eine Dämpfungseinrichtung, um Schaltvorgänge auszugleichen und etwaige Regelabweichungen verarbeiten zu können. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, nach einer alternati ven Lösung zu suchen, die die oben genannte Problematik zumindest teilweise zu überwinden weiß.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Spezialtiefbaumaschine, insbesondere eine Schlitzwandfräse, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestal tungen der Spezialtiefbaumaschine sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die wenigstens eine Lagerdichtung der Spe zialtiefbaumaschine aus wenigstens zwei separaten Dichtungselementen aufzu bauen. Durch eine erfindungsgemäße Anordnung der separaten Dichtungselemen te zueinander ist eine zwischen den Dichtungselementen liegende Dichtkammer ausgebildet, die mit einem definierbaren Druckniveau beaufschlagbar ist. Diese Druckkammer ist drucktechnisch vom restlichen Gehäuseraum getrennt. Das dort vorherrschende Druckniveau wirkt auf zumindest eines der Dichtungselemente derart ein, so dass dessen Dichtungswirkung sichergestellt ist und das Gehäusein nere bzw. die Dichtkammer nach außen gegenüber dem Umgebungsdruck abge dichtet ist.
Die in der Baugrube und insbesondere innerhalb einer Flüssigkeit versenkte Spezi altiefbaumaschine ist in Abhängigkeit der Eindringtiefe und der Flüssigkeitsdichte einer Druckbelastung von außen ausgesetzt, die mit zunehmender Tiefe ansteigt. Diese Druckbelastung wird nachfolgend der Einfachheit halber als Umgebungs- druck bezeichnet. Das Druckniveau in der Dichtkammer muss nun durch eine Druckausgleichsvorrichtung so eingestellt werden, dass dieses gleich oder höher dem Umgebungsdruck ist, denn nur so kann eine zufriedenstellende Dichtungswir kung des wenigstens einen Dichtungselementes sichergestellt werden.
Bei der Spezialtiefbaumaschine handelt es sich insbesondere um eine Schlitzwand fräse mit ein oder mehreren Fräsrädern als Werkzeug, die über wenigstens einen, in einem Gehäuse untergebrachten Fräsantrieb in Rotation versetzt werden. Im Bereich der aus dem Gehäuse austretenden Antriebswelle ist die entsprechende Lagerdichtung mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung vorgesehen.
Anders als im Stand der Technik muss dazu nicht mehr für ein entsprechendes Druckniveau im gesamten Gehäuseraum gesorgt werden, sondern es genügt ein Druckaufbau in einer gesonderten, vergleichsweise kleinvolumigen Dichtkammer. Dies erlaubt nicht nur eine schnellere Reaktion auf Änderungen des Aussendru ckes, sondern vermeidet eine negative Beeinflussung des Werkzeugantriebs. An ders als im Stand der Technik verlangt muss der Werkzeugantrieb bzw. Fräsantrieb nicht mehr mit einer überschüssigen Menge an Getriebeöl betrieben werden, son dern es kann stattdessen auf die für den regulären Betrieb benötigte Ölmenge zu rückgegriffen werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad als auch die Schmiermittel standzeit optimiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Dichtkammer durch ein äußeres Dichtungselement gegenüber der Umgebung abgedichtet, wobei das äußere Dichtungselement vorzugsweise eine ausreichende Materialbeständig keit gegenüber einer beim Spezialtiefbau die Spezialtiefbaumaschine umgebenden Substanz, insbesondere Flüssigkeit aufweist. Flandelt es sich bei der Spezialtief baumaschine um eine Schlitzwandfräse, so ist das äussere Dichtungselement aus reichend resistent gegenüber einer in den Schlitz eingefüllten Stützflüssigkeit, die meist aus Wasser, Tonmineralien und weiteren Zuschlagsstoffen besteht. Insbe sondere ist ein solches Dichtungselement in der Lage, den abrasiven und korrosi ven Eigenschaften der umgebenden Stützflüssigkeit zu widerstehen. Hierzu benö tigt es jedoch den erforderlichen Druck aus der Dichtkammer. Bevorzugt handelt es sich bei dem äusseren Dichtungselement um eine Gleitringdichtung.
Als inneres Dichtungselement, d.h. das Dichtungselement, das die Dichtkammer gegenüber dem Werkzeugantrieb bzw. einem Getrieberaum abdichtet, kann ein deutlich weniger materialbeständiges Dichtungselement zum Einsatz kommen, da dieses nicht mit den vorgenannten Verschmutzungen der Stützflüssigkeit in Kontakt kommt, sondern lediglich mit dem verwendeten Druckmedium innerhalb der Dicht- kammer einerseits bzw. etwaiger, innerhalb des Werkzeugantriebs/Getrieberaums befindlicher Substanzen, insbesondere dem Getriebeöl. Diese gewonnene Flexibili tät bei der Auswahl des passenden Dichtungsmaterials bringt den Vorteil mit sich, dass hier auf ein druckunbeständiges Material zurückgegriffen werden kann, des sen Dichtungswirkung jedoch druckunabhängig vorliegt. Geeignet ist beispielsweise eine Elastomerdichtung.
Die Dichtkammer kann hermetisch abgedichtet sein, d.h. gegenüber dem Umge bungsdruck und/oder dem Gehäuseraum bzw. Getrieberaum. Vorstellbar ist es ebenso, dass stattdessen zumindest eine Druckentlastung zum Gehäuseraum bzw. Getrieberaum vorgesehen ist. Beispielsweise ist die Dichtkammer über wenigstens eine Drossel zum Gehäuseraum, insbesondere Getrieberaum hin entlastet.
Für die Realisierung der vorliegenden Erfindung kann grundsätzlich jede Art von Druckausgleichsvorrichtung zum Einsatz kommen, die geeignet ist, das vorliegende Druckniveau innerhalb der Dichtkammer in Abhängigkeit des Umgebungsdrucks einzustellen. Besonders bevorzugt sollte ein solches Druckniveau geringfügig höher als der Umgebungsdruck sein, sodass eine ausreichende Dichtungswirkung der äußeren Dichtung sichergestellt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kommt eine neu konzipierte Druckausgleichsvorrichtung zum Einsatz, die wenigstens eine Pumpe umfasst, de ren Druckausgang unmittelbar oder mittelbar mit der Dichtkammer verbunden ist um diese mit dem benötigten Kammerdruck in Abhängigkeit des Umgebungsdrucks zu beaufschlagen. Bspw. kann eine Drossel zwischen Druckseite der Pumpe und Dichtkammer integriert sein.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Saug seite der Pumpe mit dem Gehäuseinneren des Werkzeugantriebs, insbesondere dem Getrieberaum des Fräsantriebs verbunden. Der Druckausgang der Pumpe ist mit der Dichtkammer verbunden. Die Pumpe saugt einen Volumenstrom einer im Getrieberaum befindlichen Substanz, insbesondere Getriebeöl an und pumpt die sen zumindest teilweise in die Dichtkammer.
Besonders bevorzugt ist es an dieser Stelle, wenn die eingesetzte Pumpe einen konstanten (geringen) Volumenstrom aus dem Getrieberaum ansaugt. Für die Ein stellung des Soll-Druckniveaus innerhalb der Dichtkammer kann auf der Druckseite der Pumpe ein Druckbegrenzungsventil installiert sein, dessen Druckeingang mit der Druckseite der Pumpe verbunden ist. Demzufolge wird nur ein Teil des ange saugten Volumenstroms der Pumpe letztendlich zur Dichtkammer gefördert, über schüssiges Fluid wird über das Druckbegrenzungsventil abgeführt.
Dieser Schaltaufbau ermöglicht eine exakte Einstellung des erzielten Druckniveaus innerhalb der Dichtkammer durch Anpassen des Öffnungsgrades des Druckbe grenzungsventils. Durch gezielte Einstellung des Öffnungsdruckes kann das erziel bare Druckniveau in der Dichtkammer beeinflusst und hinreichend genau eingestellt werden. Eine Änderung des Schluckvolumens der Pumpe ist hierzu nicht nötig.
Vorzugsweise ist das eingesetzte Druckbegrenzungsventil vorgesteuert, um den Öffnungsdruck und damit das gewünschte Soll-Druckniveau innerhalb der Dicht kammer entsprechend einstellen zu können. Idealerweise steht der Steuerdruckan schluss über ein Steuerdruckvolumen mit einer Membran in Verbindung. Auf die Membran wirken einerseits das Steuerdruckvolumen und andererseits der Umge bungsdruck ein, so dass Änderungen des Umgebungsdruckes automatisch zu einer Anpassung des Öffnungsdruckes des Druckbegrenzungsventils führen. Bspw. führt eine Erhöhung des Umgebungsdrucks zu einer entsprechenden Erhöhung des Steuerdrucks, wodurch letztendlich das Soll-Druckniveau innerhalb der Dichtkam mer entsprechend angepasst wird.
Bei geeigneter Dimensionierung des Druckbegrenzungsventils und der Pumpe kann erreicht werden, dass das Druckniveau innerhalb der Dichtkammer exakt auf den Umgebungsdruck oder auf eine exakte Differenz zum Umgebungsdruck einge stellt wird. Zur Einstellung einer gewünschten Druckdifferenz kann eine zusätzliche direkte Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils mittels Federvorspannung vor gesehen sein. Die Federvorspannung wirkt entgegen dem Steuerdruck auf das Druckbegrenzungsventil, d.h. den Ventilkolben ein, so dass die Federvorspannung die gewünschte Druckdifferenz zwischen dem Druckniveau innerhalb der Dicht kammer und dem Umgebungsdruck definiert. Idealerweise wird ein Druckbegren zungsventil mit verstellbarer Federvorspannung eingesetzt.
Der Ausgang des Druckbegrenzungsventils kann beispielsweise unmittelbar mit dem Getrieberaum des Werkzeugantriebes bzw. Fräsantriebs verbunden sein, um das Getriebeöl im Sinne eines geschlossenen Kreislaufes an den Gehäuse- bzw. Getrieberaum zurück zu geben. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass ein ständiger Volumenfluss durch das Druckbegrenzungsventil vorliegt, sodass es zu einer ständigen Bewegung des Ventilkolbens kommt und dadurch nachteilige Hys- tereseeffekt wie im Stand der Technik vermieden werden können.
Ferner ist es vorstellbar, dass mittels des zurückgespeisten Hydraul iköls solche Komponenten des Werkzeug- bzw. Fräsantriebs geschmiert werden, die im regulä ren Betrieb nicht oder nicht ausreichend geschmiert werden können.
Darüber hinaus ermöglicht die Realisierung des vorgeschlagenen Ölkreislaufs des Getriebeöls den Einsatz zusätzlicher Komponenten, wie beispielsweise eines Ölfil ters, eines Wärmetauschers oder auch einer sonstigen Analyseeinrichtung zur Überwachung und Auswertung der Öleigenschaften. Mittels des Wärmetauschers kann beispielsweise eine ausreichende Kühlung des Getriebeöls bereitgestellt wer den, während der Filter die Reinigung des Getriebeöls im Betrieb gestattet. Die Analyseeinrichtung kann beispielsweise dazu dienen, etwaige Verschmutzungen des Getriebeöls rechtzeitig zu erkennen und dadurch auf eine nachlassende Dicht wirkung der Lagerdichtung schließen zu können. Die vorgenannten Komponenten sind vorzugsweise im Rücklauf vom Druckbegrenzungsventil zum Getrieberaum installiert. Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 : ein hydraulisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Schlitzwandfräse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
Figur 2: ein hydraulisches Schaltbild einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 geringfügig modifizierten Ausführung.
Figur 1 zeigt ein hydraulisches Schaltbild für eine erfindungsgemäße Schlitzwand fräse, die ein nicht dargestelltes Gehäuse umfasst, in diesem ein Fräsantrieb unter gebracht ist. Der Fräsantrieb umfasst die beiden Fräsradgetriebe 1 , die durch einen gemeinsamen Flydraulikmotor 2 angetrieben werden. Aus dem Gehäuse treten mehrere Antriebswellen aus, die über die nachfolgend noch im Detail erläuterten Lagerdichtungen 9, 10 abgedichtet werden müssen.
Unabhängig vom Bewegungszustand des Fräsradantriebs und aus diesem Grund separat mit Energie über einen konstanten Hyd raulikantrieb 12 mit Energie versorgt saugt eine Pumpeneinheit 3 einen geringen konstanten Ölstrom aus dem Getriebe- innenraum 4 an, welcher das Druckbegrenzungsventil 5 durchströmt. Das Druck begrenzungsventil 5 weist eine verstellbare Federvorspannung sowie einen Steu erdruckanschluss 7 auf. Über die Membran 6 wirkt der Umgebungsdruck direkt auf ein Ölvolumen ein, welches auf den Steuerdruckanschluss 7 des Ventils 5 wirkt.
Der von der Pumpe 3 erzeugte und mittels des Druckbegrenzungsventils 5 kontrol lierte Druck liegt an der ölgefüllten Dichtkammer 8 an, welche durch eine Gleitring dichtung 9 gegen die Umgebung und eine Elastomerdichtung 10 gegen den Innen raum des Getriebes 1 abgedichtet ist.
Aufgrund des hohen Anteils an Luft am Gesamtvolumen des Getriebeinnenraums herrscht im Getrieberaum 4 abhängig von der Temperatur etwa Atmosphärendruck, unabhängig von der Eindringtiefe des Antriebs in der Stützflüssigkeit. Dem gegen- über kann der Umgebungsdruck in der Stützflüssigkeit mit den üblichen Arbeitstie fen Werte zwischen Atmosphärendruck und ca. 20 - 25 bar annehmen.
Die Dichtungen 9 und 10 trennen die Gesamt-Dichtungsaufgabe der Lagerdichtung in zwei Teilaufgaben auf, für welche sie jeweils konzipiert sind:
Dichtung 9 ist in der Lage, den abrasiven und korrosiven Eigenschaften der umge benden Stützflüssigkeit zu widerstehen, benötigt hierzu jedoch einen Druck in der Dichtkammer 8, welcher möglichst genau eingehalten werden muss und ca. 2 bar über dem Druck der umgebenden Stützflüssigkeit liegt, mit weniger als 1 bar Tole ranz.
Dichtung 10 erträgt den potenziell hohen Differenzdruck zwischen Umgebung und Getriebeinnenraum, ist hierzu jedoch auf Sauberkeit der umgebenden Fluide an gewiesen.
Das Druckbegrenzungsventil 5 beeinflusst den Druck in der Dichtkammer 8, indem es den Federdruck (2bar) zum Umgebungsdruck im Steueranschluss 7 addiert. Zu dem wird das Ventil 5 ständig durchströmt und so sein Ventilkolben in Bewegung gehalten, wodurch Druckspitzen vermieden werden und mögliche Flystereseeffekte gering gehalten werden.
Das umlaufende Öl wird dem Getriebe 1 über die Rücklaufleitung 11 wieder zuge führt. In vorteilhafter Ausführung wird dieses rücklaufende Öl zur Schmierung von Getriebeteilen benutzt, deren Ölbenetzung durch den allgemeinen Betrieb nicht sichergestellt ist.
In weiterer vorteilhafter Ausführung bzw. in Erweiterung der Funktion können Wär metauscher, Filter und Einrichtungen zur Ölanalyse in die Leitung 11 integriert wer den, um Wärme abzuführen, Getriebeabrieb aus dem Öl abzureinigen sowie ein Nachlassen der Dichtwirkung aufzudecken, insbesondere durch Detektion von Be standteilen der Stützflüssigkeit im Öl. Das vorgelegte System kommt in seiner Grundausführung ohne elektronische Bau teile und ohne weiteren Steuerungsaufwand aus. Die Dichtungswirkung der Lager dichtung bleibt auch bei Ausfall aller Steuerungssysteme erhalten, so lange das Antriebsaggregat des Gesamtsystems in Betrieb ist.
In der gegenüber Figur 1 geringfügig modifizierten Ausführung gemäß Figur 2 sind die Dichtkammern 8‘ nicht hermetisch abgedichtet, sondern stattdessen über Dros seln 13 in den Getrieberaum 4 entlastet. Eine solche Modifikation gestattet eine Wärmeabfuhr aus der Dichtkammer 8‘ sowie einen Ölaustausch sowie Ölreinigung der Dichtkammer 8‘. Der übrige Aufbau der Ausführung aus Figur 2 ist identisch zur Figur 1 , weshalb identische Bezugszeichen verwendet wurden.

Claims

Patentansprüche
1. Spezialtiefbaumaschine, insbesondere Schlitzwandfräse, mit wenigstens ei nem rotierenden Werkzeug und einem Werkzeugantrieb, der innerhalb eines Gehäuses der Spezialtiefbaumaschine angeordnet ist und im Bereich seines Wellenaustritts aus dem Gehäuse zum angetriebenen Werkzeug mittels we nigstens einer Lagerdichtung gegenüber der Umgebung abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Lagerdichtung wenigstens zwei separate Dichtungselemente um fasst, durch deren Anordnung eine zwischen den Dichtungselementen liegen de Dichtkammer gebildet ist, wobei eine Druckausgleichsvorrichtung vorgese hen ist, die den Kammerdruck in der Dichtkammer in Abhängigkeit des Um gebungsdruckes der Spezialtiefbaumaschine steuert.
2. Spezialtiefbaumaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Dichtungselement die Dichtungskammer gegenüber der Umgebung abdichtet, wobei das äussere Dichtungselement vorzugsweise materialbe- ständige Eigenschaften in Bezug auf eine das Dichtungselement umgebende Stützflüssigkeit aufweist, wobei das äussere Dichtungselement insbesondere als Gleitringdichtung ausgeführt ist.
3. Spezialtiefbaumaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Dichtungselement die Dichtungskammer gegenüber dem Gehäuseraum, insbesondere Getrieberaum des Werkzeugantriebes abdichtet, wobei das innere Dichtungselement idealerweise eine Dichtung mit druckun abhängiger Dichtungswirkung ist, beispielsweise eine Elastomerdichtung ist.
4. Spezialtiefbaumaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkammer hermetisch abgedichtet ist, insbeson dere gegenüber der Umgebung der Spezialtiefbaumaschine und/oder dem Gehäuseraum bzw. Getrieberaum.
5. Spezialtiefbaumaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkammer über wenigstens eine Drossel zum Gehäuseraum, insbesondere Getrieberaum hin entlastet ist.
6. Spezialtiefbaumaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsvorrichtung eine Pumpe umfasst, deren Druckausgang mit der Dichtkammer verbunden ist, um diese mit dem benötigten Kammerdruck in Abhängigkeit des Umgebungsdruck zu beauf schlagen.
7. Spezialtiefbaumaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe Schmiermittel, insbesondere Getriebeöl aus dem Gehäuse- bzw. Ge trieberaum des Werkzeugantriebes ansaugt und in die Dichtkammer pumpt.
8. Spezialtiefbaumaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Druckausgang der Pumpe ein Druckbegrenzungsventil zur Einstel lung des erzeugten Kammerdrucks vorgesehen ist, wobei das Druckbegren zungsventil einen Steuerdruckanschluss vorsieht, der über ein Steuerdruckvo- lumen mit einer Membran verbunden ist, durch diese Änderungen des Umge bungsdrucks an das Steuerdruckvolumen im Steuerdruckanschluss weiterge geben werden.
9. Spezialtiefbaumaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil federvorgespannt ist, insbesondere eine verstellbare Federvorspannung vorsieht, wobei über die Federvorspannung vorzugsweise der Soll-Differenzdruck zwischen Kammerdruck und Umgebungsdruck ein stellbar ist.
10. Spezialtiefbaumaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilausgang des Druckbegrenzungsven tils mit dem Gehäuseraum, insbesondere Getrieberaum des Werkzeugan triebs verbunden ist.
11. Spezialtiefbaumaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit tels des Rücklaufs vom Druckbegrenzungsventils eine aktive Ölschmierung von Antriebs- bzw. Getriebekomponenten des Werkzeugantriebs erfolgt, de ren Schmierung im regulären Betrieb ansonsten nicht sichergestellt ist.
12. Spezialtiefbaumaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im gebildeten Ölkreislauf, insbesondere im Rücklauf vom Druckbegrenzungsventil zum Gehäuse wenigstens ein Wärmetauscher und/oder Ölfilter und/oder eine Einrichtung zur Ölanalyse integriert ist.
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