EP3701125B1 - Abbauwerkzeug für eine tunnelvortriebsmaschine und tunnelvortriebsmaschine - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Abbauwerkzeug für eine Tunnelvortriebsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Die Erfindung betrifft weiterhin eine mit wenigstens einem derartigen Werkzeug ausgestattete Tunnelvortriebsmaschine.
• Ein derartiges Abbauwerkzeug für eine Tunnelvortriebsmaschine sowie eine mit einer Anzahl von derartigen Abbauwerkzeugen ausgestattete Tunnelvortriebsmaschine sind aus JP 2000-204884 A bekannt.
• Das vorbekannte Abbauwerkzeug für eine Tunnelvortriebsmaschine verfügt über einen Werkzeugkopf, in den ein Verschleißsensor integriert ist. Der Verschleißsensor ist über eine drahtbasierte elektrische Leitungsanordnung mit elektrischer Energie beaufschlagbar. Das Abbauwerkzeug ist weiterhin mit einem Werkzeugträger ausgestattet, mit dem der Werkzeugkopf auswechselbar verbunden ist. Bei dem vorbekannten Abbauwerkzeug ist der Verschleißsensor durch eine Anzahl von mit ihren Enden in einer Verschleißrichtung gestuft voneinander beabstandeten Drähten ausgebildet, die fest verdrahtet aus dem Abbauwerkzeug herausgeführt sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abbauwerkzeug der eingangs genannten Art und eine damit ausgestattete Tunnelvortriebsmaschine anzugeben, bei dem beziehungsweise bei der bei Erreichen einer Verschleißgrenze ein einfaches Wechseln des Abbauwerkzeugs geschaffen ist.
• Diese Aufgabe wird bei einem Abbauwerkzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Diese Aufgabe wird bei einer Tunnelvortriebsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
• Dadurch, dass das Abbauwerkzeug gemäß der Erfindung ein drahtloses steckerfreies Kopplungsmodul aufweist und die Leitungsanordnung dadurch zwischen dem Werkzeugkopf sowie dem Werkzeugfuß bei einem Wechsel des einem Verschleiß unterworfenen Werkzeugkopfes sehr einfach unterbrechbar und anschließend wiederverbindbar ist, lässt sich bei Erkennen eines Erreichens einer Verschleißgrenze über das in unmittelbarer Nähe des Werkzeugträgers angeordnete Auswertemodul der Werkzeugkopf sehr einfach wechseln.
• Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung.
• Es zeigen:

Fig. 1

in einer anschaulichen perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Schneidrad einer Tunnelvortriebsmaschine, das mit beispielhaften Abbauwerkzeugen gemäß der Erfindung ausgestattet ist,

Fig. 2

in einer Seitenansicht ein in einem Trägerkopf angeordnetes Ausführungsbeispiel eines Abbauwerkzeugs gemäß der Erfindung in einer vorgeschobenen Arbeitsstellung,

Fig. 3

in einer Schnittansicht in einem Längsschnitt die Anordnung gemäß Fig. 2 und

Fig. 4

in einer Schnittansicht in einem Längsschnitt das beispielhafte Abbauwerkzeug gemäß Fig. 3 in einer rückgezogenen Wartungsstellung.

• Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einem Schneidrad 103 einer Tunnelvortriebsmaschine, das hier mit einer Anzahl von in einem Ausführungsbeispiel dargestellten, hier als sogenannte Schälmesser zum Abbau von Weich- und Lockergestein ausgebildeten Abbauwerkzeugen 106 gemäß der Erfindung ausgestattet ist. Jedes Abbauwerkzeug 106 ist in einem mit dem Schneidrad 103 verbundenen Trägerkopf 109 verschiebbar angeordnet, an den an einer einer Abbauseite abgewandten Rückseite eine längliche Endhülse 112 angebracht ist. Auf der Abbauseite weist jedes Abbauwerkzeug zum Abbau von anstehender Geologie einen Schälmesserkopf 115 auf, der im Abbaubetrieb der Tunnelvortriebsmaschine einem Verschleiß unterworfen ist und der daher bei Erreichen oder Unterschreiten einer vorbestimmten Verschleißgrenze aus betriebsökonomischen Gründen möglichst schnell und betriebssicher gewechselt werden soll.
• Auf der dem Schälmesserkopf 115 abgewandten Seite ist jedes Abbauwerkzeug 106 mit einer Schauglasplatte 118 ausgebildet, die das Abbauwerkzeug 106 rückseitig abschließt und in dem Sinne durchsichtig ist, dass durch sie hindurch für ein menschliches Auge erkennbare optische Information übertragbar ist.
• Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht das Ausführungsbeispiel eines in einem Trägerkopf 109 gehaltenen beispielhaften Abbauwerkzeugs 106 gemäß Fig. 1. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Schälmesserkopf 115 abbauseitig mit einer Anzahl von Harteinsätzen 203 bestückt ist, um die Standzeit bis zum Erreichen der Verschleißgrenze zu optimieren. Weiterhin lässt sich der Darstellung gemäß Fig. 2 entnehmen, dass der Schälmesserkopf 115 mit einem Werkzeugträgerkopf 206 verbunden ist, der sich von dem Schälmesserkopf 115 in der in Fig. 2 dargestellten vorgeschobenen Arbeitsstellung in den Trägerkopf 109 erstreckt.
• Die Endhülse 112 ist mit ihrem dem Trägerkopf 109 zugewandten Ende über eine Verbindungsflanschringanordnung 209 über Verschraubungen lösbar mit dem Trägerkopf 109 verbunden, während das dem Trägerkopf 109 abgewandte freie Ende der Endhülse 112 einen Abschlussflanschring 212 trägt, in dem das dem Schälmesserkopf 115 gegenüberliegende rückseitige Ende des Abbauwerkzeugs 106 verschiebbar gelagert ist.
• Fig. 3 zeigt in einer Schnittansicht in einem Längsschnitt die Anordnung gemäß Fig. 2 mit dem Abbauwerkzeug 106 in der vorgeschobenen Arbeitsstellung. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der Schälmesserkopf 115 und der Werkzeugträgerkopf 206 über eine formschlüssige Zapfenverbindung 303 miteinander verbunden sind, die bei diesem Ausführungsbeispiel einen Mehrkantstumpf 306 und eine komplementär zu dem Mehrkantstumpf 306 ausgebildete Mehrkantstumpfaufnahme 309 aufweist, die passgenau ineinander eingreifen.
• Alternativ kommt für die Zapfenverbindung 303 ein Zylinderstumpf und eine Zylinderstumpfaufnahme mit einer gesonderten Verdrehsicherung zum Einsatz.
• Im Bereich der stirnseitigen Kontaktstelle zwischen dem Mehrkantstumpf 306 und der Mehrkantstumpfaufnahme 309 ist ein Kopplungsmodul 312 einer Leitungsanordnung vorhanden, das eine drahtlose steckerfreie, vorzugsweise durch räumlich voneinander beabstandete Sende/Empfangselemente gebildete Schnittstelle zwischen einem sich in dem Schälmesserkopf 115 befindlichen Teil der Leitungsanordnung und einem sich von dem Kopplungsmodul 312 auf der dem Schälmesserkopf 115 abgewandten Seite des Abbauwerkzeugs 106 erstreckenden Teil der Leitungsanordnung schafft.
• Der Schälmesserkopf 115 ist mit Verschleißsensoren 315 beispielsweise in Gestalt von Temperatursensoren bestückt, die für den aktuellen Verschleißzustand des Schälmesserkopfes 115 charakteristische Ausgangssignale liefern, die der Leitungsanordnung einspeisbar und über das Kopplungsmodul 312 von dem Schälmesserkopf 115 ableitbar sind.
• Die Leitungsanordnung verfügt weiterhin über ein Leitungsführungsrohr 318, das mit einem Ende durch den Werkzeugträgerkopf 206 bis zu dem Kopplungsmodul 312 durchgeführt ist und sich von dem Werkzeugträgerkopf 206 weg erstreckt. Das Leitungsführungsrohr 318 ist in einem Innenraum eines mit dem Werkzeugträgerkopf 206 verbundenen, hohlzylinderartig ausgebildeten Werkzeugträgerfußes 321 angeordnet, an dessen dem Werkzeugträgerkopf 206 abgewandten Ende eine Verschlussflanschringanordnung 324 angebracht ist, mit der unter anderem die Schauglasplatte 118 fixiert ist. An dem dem Werkzeugträgerkopf 206 abgewandten Ende des Werkzeugträgerfußes 321 ist weiterhin ein Schutzgehäuse 327 angeordnet, in dem ein Auswertemodul 330 angeordnet ist, das bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer optischen Verschleißzustandsanzeige ausgestattet ist.
• Das dem Werkzeugträgerkopf 206 abgewandte Ende des Leitungsführungsrohres 318 mündet in das Schutzgehäuse 327, so dass die Leitungsanordnung von äußeren, insbesondere mechanischen, Einflüssen weitgehend geschützt mit dem Auswertemodul 330 verbunden ist.
• Somit ist sichergestellt, dass die Ausgangssignale des oder jedes Verschleißsensors 315 das zweckmäßigerweise über ein in dem Schutzgehäuse 327 angeordnetes unabhängiges Energieversorgungsmodul 333 wie eine vorzugsweise wiederaufladbare Batterie mit elektrischer Energie versorgte Auswertemodul 330 beaufschlagen und durch die Schauglasplatte 118 durch Bedien- und Wartungspersonal die Verschleißzustandsanzeige beispielsweise in Gestalt einer grünen Lichtanzeige bei einem noch betriebsfähigen Zustand des Schälmesserkopfes 115 vor Erreichen einer vorbestimmten Verschleißgrenze und einer roten Anzeige bei Erreichen oder Unterschreiten der Verschleißgrenze durch den Schälmesserkopf 115 beobachtbar ist.
• Bei einer nicht dargestellten Weiterbildung sind die der Verschleißzustandsanzeige eingespeisten Datensignale alternativ oder ergänzend über eine Sendeeinheit des Auswertemoduls 330 mittels eines drahtlosen Übertragungskanals wie einer Funkverbindung in einen abbauseitig rückseitigen Bereich der Tunnelvortriebsmaschine, beispielsweise in deren Steuerstand, übertragbar und dort weiterverarbeitbar.
• Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der gesamte Aufbau des Abbauwerkzeugs 106 mechanisch hochstabil ist und die elektrischen sowie elektronischen Komponenten gegenüber äußeren Umwelteinflüssen wie insbesondere Feuchtigkeit im Innenraum des Werkzeugträgerfußes 321 oder mechanisches Einwirken sehr gut gekapselt sind.
• Aus Fig. 3 ist weiterhin ersichtlich, dass der Vorschub des Abbauwerkzeugs 106 zum Einnehmen der Arbeitsstellung durch zwischen dem Abschlussflanschring 212 und der Verschlussflanschringanordnung 324 sowie zwischen dem Trägerkopf 109 und dem Werkzeugträgerkopf 206 in radialer Richtung ausgebildete Anschläge begrenzt ist.
• Fig. 4 zeigt in einer Schnittansicht in Längsrichtung entsprechend Fig. 3 das Abbauwerkzeug 106 in einer gegenüber der Arbeitsstellung gemäß Fig. 3 rückgezogenen Wartungsstellung, in der das Abbauwerkzeug 106 aus dem Trägerkopf 109 herausgezogen und zum vollständigen Entnehmen aus der Endhülse 112 bereit ist. Aus der Darstellung gemäß Fig. 4 lässt sich entnehmen, dass die Verbindungsflanschanordnung 209 eine Verschlusseinheit 403 hält, mit der ein in dem Trägerkopf 109 für das Abbauwerkzeug 106 abbauseitig ausgebildeter Aufnahmeraum 406 von einem Führungsraum 409 der Endhülse 112 abtrennbar ist. Dadurch lässt sich das Abbauwerkzeug 106 in einer Schließstellung der Verschlusseinheit 403 druckfrei entnehmen. Dann lässt sich beispielsweise ein verschlissener Schälmesserkopf 115 von dem Werkzeugträgerkopf 206 abbauen und ein nicht verschlissener Schälmesserkopf 115 wieder mit dem Werkzeugträgerkopf 206 frei von aufwändigen und fehlerträchtigen Verbindungsarbeiten an der Leitungsanordnung befestigen.

Claims (11)

1. Abbauwerkzeug für eine Tunnelvortriebsmaschine mit einem Werkzeugkopf (115), mit wenigstens einem in den Werkzeugkopf (115) integrierten Verschleißsensor (315), der über eine elektrische Leitungsanordnung mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist, und mit einem Werkzeugträger (206, 321), mit dem der Werkzeugkopf (115) auswechselbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leitungsanordnung für den oder jeden Verschleißsensor (315) von dem Werkzeugkopf (115) bis zu einem dem Werkzeugkopf (115) abgewandten Ende des Werkzeugträgers (206, 321) erstreckt, dass die Leitungsanordnung zwischen dem Werkzeugkopf (115) und dem Werkzeugträger (206, 321) ein drahtloses steckerfreies Kopplungsmodul (312) aufweist und dass an dem dem Werkzeugkopf (115) abgewandten Ende des Werkzeugträgers (206, 321) ein Auswertemodul (330) angeordnet ist.
2. Abbauwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmodul (312) mit einer Schnittstelle ausgebildet ist, die voneinander beabstandete Sende/Empfangselemente aufweist.
3. Abbauwerkzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmodul (312) eine induktive Kopplung aufweist.
4. Abbauwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanordnung beidseitig des Kopplungsmoduls (312) elektrische Leitungen zu dem oder jedem Verschleißsensor (315) und einem die Verschleißzustandsanzeige ansteuernden Auswertemodul (330) aufweist.
5. Abbauwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugträger einen mit dem Werkzeugkopf (115) formschlüssig verbindbaren Werkzeugträgerkopf (206) und einen auf der dem Werkzeugkopf (115) abgewandten Seite des Werkzeugträgerkopfes (206) angeordneten, hohlzylinderartig ausgebildeten Werkzeugträgerfuß (321) aufweist, an dessen dem Werkzeugträgerkopf (206) abgewandten Ende das Auswertemodul (330) angeordnet ist.
6. Abbauwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem Innenraum des Werkzeugträgerfußes (321) angeordneter Abschnitt der Leitungsanordnung in einem Leitungsführungsrohr (318) angeordnet ist.
7. Abbauwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemodul (330) in einem Schutzgehäuse (327) angeordnet ist, in dem weiterhin ein Energieversorgungsmodul (333) angeordnet ist.
8. Abbauwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemodul (330) eine optische Verschleißanzeige aufweist.
9. Abbauwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Auswertemodul (330) die von dem Auswertemodul (330) erzeugten Daten über einen drahtlosen Übertragungskanal übertragbar sind.
10. Tunnelvortriebsmaschine mit wenigstens einem Abbauwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 10, wobei das oder jedes Abbauwerkzeug (106) verschiebbar in einem zugeordneten Trägerkopf (109) angeordnet ist und wobei für den oder jeden Trägerkopf (109) eine Verschlusseinheit (403) vorhanden ist, die in einer rückgezogenen Stellung des dem Trägerkopf (109) zugeordneten Abbauwerkzeugs (106) mit einer Verschlusseinheit (403) derart verschließbar ist, dass der von einer Ortsbrust abgewandte Bereich der Tunnelvortriebsmaschine gegen die Ortsbrust druckfest verschließbar ist.

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