EP3824160B1

EP3824160B1 - Schneidrolle

Info

Publication number: EP3824160B1
Application number: EP19735236.2A
Authority: EP
Inventors: Peter Kloft; Jörg Meyer
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2022-11-02
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: WO2020015958A1; DE102018005972A1; CN215830495U; US20210262292A1; AU2019303851A1; EP3824160A1; JP2021529906A; US11866999B2; JP7371079B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneidrolle mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
Schneidrollen dieser Art, die zum Gesteinsabbau benutzt werden, sind Stand der Technik, siehe DE 10 2012 220 434 A1 . Insbesondere kommen solche Schneidrollen als Schneidwerkzeuge an der Vorderseite des Bohrkopfes bei Tunnelvortriebsmaschinen zum Einsatz. Im Betrieb ist die Lagereinrichtung der jeweiligen Schneidringe durch die zugehörige Dichteinrichtung gegen schädliche Umwelteinflüsse wie das Eindringen von Verschmutzungen und dergleichen geschützt. Bei den bei Tunnelbohrungen häufig vorkommenden größeren Bohrtiefen ergeben sich jedoch Probleme, wenn die Bohrung unter Wasser oder bei Wassereinbruch stattfindet. Durch den der jeweiligen Bohrtiefe entsprechenden Wasserdruck kommt es trotz Vorhandensein der Dichteinrichtung zu einem Wassereintritt und damit zur Zerstörung der Lagereinrichtung.
Die US 2012/0212034 A1 beschreibt eine Schneidrolle mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1 mit einer Achse, auf der ein Schneidring mittels einer Lagereinrichtung drehbar geführt ist, die gegenüber der Umgebung mittels einer Dichteinrichtung abgedichtet ist, wobei mittels einer Ausgleichseinrichtung ein etwaiger Differenzdruck zwischen der Lagereinrichtung und der Umgebung ausgleichbar ist, wobei die Lagereinrichtung mindestens zwei Wälzlager aufweist, die zumindest teilweise mit ihren Spalt- und/oder Sitzgeometrien an die druckführende Verbindung angeschlossen sind.
Weitere Schneidrollen gehen aus der US 6 131 676 A , der US 5 904 211 A , der US 5 839 523 A und der US 3 230 020 A hervor.
Im Hinblick auf diese Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schneidrolle der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die zum Gesteinsabbau auch bei herrschendem Wasserdruck betriebssicher einsetzbar ist.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Schneidrolle gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass die Ausgleichseinrichtung ein elastisch nachgiebiges Trennelement aufweist, dessen Innenseite permanent den jeweiligen Umgebungsdruck führt und dessen Außenseite druckführend mit der Lagereinrichtung in Verbindung steht; dass das Trennelement in einem Hohlraum der Achse aufgenommen ist, der über eine druckführende Verbindung zumindest an Teilen der Lagereinrichtung angeschlossen ist; und dass die druckführende Verbindung aus mindestens einem Querkanal besteht, der mit seinem jeweils einen Ende in den Hohlraum der Achse ausmündet und mit seinem jeweils anderen Ende aus dieser Achse ausmündend sich in Richtung einer Distanzhülse öffnet, an die beidseitig ein Innenring des jeweiligen Wälzlagers angrenzt.
Es ist ferner vorgesehen, dass mittels einer Ausgleichseinrichtung ein etwaiger Differenzdruck zwischen der Lagereinrichtung und der Umgebung ausgleichbar ist. Auch bei Betrieb unter Wasser ist die Lagereinrichtung dank des mittels der Ausgleichseinrichtung hergestellten Druckausgleichs durch die Dichteinrichtung sicher vor dem Eindringen von Wasser geschützt. Der sichere Betrieb ist dadurch auch bei tiefer liegenden Bohrstrecken, bei denen mit einem Wasserdruck von bis zu 7 bar oder höher gerechnet werden muss, ausfallsicher betreibbar.
Die Ausgleichseinrichtung weist das elastisch nachgiebige Trennelement auf, dessen Innenseite permanent den jeweiligen Umgebungsdruck führt und dessen Außenseite druckführend mit der Lagereinrichtung in Verbindung steht und in dieser dadurch den Umgebungsdruck herstellt.
Das Trennelement ist in dem Hohlraum der Achse aufgenommen, der über die druckführende Verbindung zumindest an Teilen der Lagereinrichtung angeschlossen ist. Die Ausgleichseinrichtung ist dergestalt vollständig in die Achse der Schneidrolle integriert, so dass die erfindungsgemäße Schneidrolle in kompakter Bauweise und ohne Zuwachs an Baugröße gegenüber den bekannten Schneidrollen realisierbar ist.
Das Trennelement kann mit Vorteil eine Speicherblase aus elastomerem Material aufweisen, die an der feststehenden Achse mittels einer Halteeinrichtung gehalten ist, die einen Verbindungskanal aufweist, der eine medienführende Verbindung zwischen dem Inneren des Trennelements und der Umgebung herstellt.
Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Halteeinrichtung einen Abschlussdeckel auf, in den zentral der Verbindungskanal ausmündet, an den sich Zuführkanäle anschließen, die nutartig in die Deckeloberseite eingebracht sind. Durch die Zuführkanäle ist sichergestellt, dass dem Verbindungskanal und damit der Speicherblase der Umgebungsdruck nicht nur von einer singulären Stelle der Umgebung gemeldet wird, sondern von einem größeren, von den Zuführkanälen überdeckten Umgebungsbereich.
Die Lagereinrichtung kann mit Vorteil paarweise zusammenwirkende Kegelrollenlager aufweisen.
Die Außenringe des Wälzlagerpaares können mit dem auf der Achse drehbaren Schneidring verbunden sein und voneinander parallel zur Drehachse des Schneidringes einen axialen Abstand voneinander einnehmen, der der Länge der Distanzhülse entspricht oder vorzugsweise größer ist.
Hinsichtlich der Ausbildung der Dichteinrichtung kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass die Dichteinrichtung aus zwei Paaren mit je zwei Dichtringen besteht, die einmal der Lagereinrichtung und einmal einem ortsfest auf der Achse sitzenden Abschlussteil zugewandt sind und die Abdichtung der Lagereinrichtung zumindest gegenüber der Umgebung vornehmen.
Gegenstand der Erfindung ist gemäß dem Patentanspruch 7 auch eine Tunnelvortriebsmaschine mit einem Bohrkopf, an dem zumindest eine Schneidrolle nach einem der Patentansprüche 1 bis 6 angeordnet ist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen schematisch vereinfachten Längsschnitt des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schneidrolle;
Fig. 2: einen gegenüber Fig. 1 vergrößert gezeichneten Teilschnitt des in Fig. 1 mit II bezeichneten Bezirks;
Fig. 3: einen Längsschnitt der ein nachgiebiges Trennelement der Ausgleichseinrichtung des Ausführungsbeispiels bildenden Speicherblase mit zugehöriger Halteeinrichtung;
Fig. 4: eine perspektivische Schrägansicht der Speicherblase mit Halteeinrichtung;
Fig. 5: einen Längsschnitt der gesondert dargestellten Speicherblase;
Fig. 6: einen vergrößert gezeichneten Teilausschnitt des in Fig. 5 mit VI bezeichneten Bereichs der Speicherblase; und
Fig. 7: den Teilausschnitt von Fig. 6 mit einem Endteil abgewandelter Außenform.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist eine feststehende Achse 2 auf, die für einen Schneidring 4 die Drehachse 6 definiert. Der Schneidring 4 weist einen mittig gelegenen, radial vorstehenden Ringwulst 8 auf, an dessen radial außen liegendem, verjüngten Ende in der bei derartigen Schneidrollen üblichen Weise Schneideinsätze vorgesehen sind, die in der schematisch vereinfachten Darstellung von Fig. 1 weggelassen sind. Die die Drehlagerung für den Schneidring 4 bildende Lagereinrichtung ist durch ein Wälzlagerpaar gebildet, das ein erstes Kegelrollenlager 10 und ein zweites Kegelrollenlager 12 aufweist, deren jeweiliger Innenring 14 bzw. 16 durch eine Distanzhülse 18, in einem axialen Abstand voneinander gehalten, die Achse 2 umgibt. Die Innenringe 14 und 16 sind mittels auf der Achse 2 sitzenden Lagerdeckeln 20 und 22 in Anlage an der Distanzhülse 18 gehalten.
Der in Fig. 1 linksseitig gelegene Lagerdeckel 20 ist mit einer Schulter 24 an einem radial vorstehenden Bund 26 der Achse 2 festgelegt. Der gegenüberliegende Lagerdeckel 22 bildet als auf der Achse 2 sitzender Schraubring die axiale Festlegung der Lagereinrichtung in Gegenrichtung. Die den Schneidring 4 tragenden Außenringe 15 und 17 der Kegelrollenlager 10 bzw. 12 sind durch einen Innenbund 19 des Schneidringes 4 in einem axialen Abstand voneinander gehalten, der etwas größer als die axiale Länge der Distanzhülse 18 ist. Für die Abdichtung der Lagereinrichtung sind zwei Paare mit Dichtringen 28 und 30 vorgesehen, von denen der jeweils axial außen liegende Dichtring 28 die Abdichtung zum feststehenden Lagerdeckel 20 bzw. 22 bildet und der jeweils axial innenliegende Dichtring 30 die Abdichtung zum umlaufenden Schneidring 4 hin bildet.
Die Achse 2 weist einen zur Drehachse 6 koaxialen inneren Hohlraum 32 auf, der an dem in Fig. 1 links gelegenen Ende 34 geschlossen und am gegenüberliegenden Ende 36 offen ist. Im mittleren Längenbereich ist der Hohlraum 32 der Achse 2 mittels Querbohrungen 38 zum Außenumfang hin offen. Dadurch ist über Spalte, die sich am Außenumfang der Achse im Bereich der Innenringe 14, 16 und der Distanzhülse 18 befinden, eine Medienverbindung vom Hohlraum 32 der Achse 2 zum Inneren der Lagereinrichtung gebildet. Die erfindungsgemäße Schneidrolle weist eine Ausgleichseinrichtung auf, die einen Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Hohlraum 32 und damit der Lagereinrichtung herstellt. Die Ausgleichseinrichtung weist ein bewegliches Trennelement in Form einer elastisch nachgiebigen Speicherblase 40 auf, die in Fig. 5 gesondert dargestellt und aus einem Elastomer gebildet ist. Wie Fig. 1 und 2 am deutlichsten zeigen, ist die Speicherblase 40 vom offenen Ende 36 des Hohlraums 32 her in diesen so eingebaut, dass die Außenseite der Speicherblase 40 über die Querbohrungen 38 druckführend mit der Lagereinrichtung in Verbindung ist, während die Innenseite der Speicherblase 40 mit der Umgebung in Verbindung ist. Zur Bildung dieser Verbindung und als Halterung für die Speicherblase 40 ist, wie der Fig. 2 am deutlichsten entnehmbar ist, als Halteeinrichtung ein in das offene Ende 36 des Hohlraums 32 einschraubbarer Abschlussdeckel 42 vorgesehen, der einen koaxialen Verbindungskanal 44 aufweist, der die Verbindung zwischen Umgebung und Innenseite der Speicherblase 40 herstellt. Wie Fig. 4 am deutlichsten zeigt, sind in die Außenseite des Abschlussdeckels 42 sich überkreuzende Zuführkanäle 46 in Form vertiefter Nuten eingearbeitet, so dass die Verbindung zur Umgebung über einen größeren Bereich gebildet ist. Der Abschlussdeckel 42 ist an der Innenwand des Hohlraums 32 mittels eines Dichtringes 48 abgedichtet.
Die mechanische Verbindung zwischen dem die Halteeinrichtung bildenden Abschlussdeckel 42 und der Speicherblase 40 ist am deutlichsten den Fig. 3 und 5 bis 7 entnehmbar. Wie gezeigt, weist die Speicherblase 40 am offenen Ende einen ihre Öffnung 50 umgebenden Randwulst 52 auf. Der Abschlussdeckel 42 weist, wie Fig. 3 zeigt, am inneren Ende des Verbindungskanals 44 einen Fortsatz 54 auf, in den eine Ringnut eingearbeitet ist, die mit einem hinterschnittenen Wandteil 56 ein Ringteil 58 hintergreift, das sich am Randwulst 52 in Richtung auf das Innere der Speicherblase 40 erstreckt. Die Fig. 7 zeigt eine Variante für die Form des Randwulsts 52a, der in einer entsprechend abgewandelten Form der Ringnut (nicht gezeigt) am Fortsatz 54 des Abschlussdeckels 42 festlegbar ist.
Aufgrund der Nachgiebigkeit der Speicherblase 40 befinden sich die an die Innenseite der Speicherblase 40 angrenzenden und die an die Außenseite der Speicherblase 40 angrenzenden Räume jeweils auf dem gleichen Druckniveau. Bei einem in der Umgebung herrschenden und über die Kanäle 44 und 46 im Inneren der Speicherblase 40 wirksamen Wasserdruck dehnt sich die Speicherblase 40 bis zum Erreichen des Gleichdrucks zwischen Blaseninnenseite und der Außenseite, d.h. dem Hohlraum 32, aus. Dies führt über die Querbohrungen 38 auch zum Druckausgleich in der Lagereinheit, d.h. zur Anpassung des Lagerinnendrucks an den Umgebungsdruck. Dieser Druckausgleich stellt sicher, dass die Dichteinrichtung in Form der Dichtringpaare 28, 30 einen sicheren Schutz der Kegelrollenlager 10, 12 gegen Umwelteinflüsse gewährleistet, so dass die erfindungsgemäße Schneidrolle auch bei Auftreten eines äußeren Wasserdrucks sicher betreibbar ist. Die vorstehend beschriebene Funktion der Speicherblase 40 kann noch durch eine Schaumfüllung unterstützt sein, indem ein elastisch nachgiebiges Schaummaterial in die Speicherblase 40 bleibend eingebracht ist.

Claims

Schneidrolle mit einer Achse (2), auf der ein Schneidring (4) mittels einer Lagereinrichtung (10, 12) drehbar geführt ist, die gegenüber der Umgebung mittels einer Dichteinrichtung (28, 30) abgedichtet ist, wobei mittels einer Ausgleichseinrichtung (40) ein etwaiger Differenzdruck zwischen der Lagereinrichtung (10, 12) und der Umgebung ausgleichbar ist,
wobei die Ausgleichseinrichtung ein elastisch nachgiebiges Trennelement (40) aufweist, dessen Innenseite permanent den jeweiligen Umgebungsdruck führt und dessen Außenseite druckführend mit der Lagereinrichtung (10, 12) in Verbindung steht;

wobei das Trennelement (40) in einem Hohlraum (32) der Achse (2) aufgenommen ist, der über eine druckführende Verbindung (38) zumindest an Teilen der Lagereinrichtung (10, 12) angeschlossen ist;

wobei die Lagereinrichtung mindestens zwei Wälzlager (10, 12) aufweist, die zumindest teilweise mit ihren Spalt- und/oder Sitzgeometrien an die druckführende Verbindung (38) angeschlossen sind,

dadurch gekennzeichnet, dass die druckführende Verbindung aus mindestens einem Querkanal (38) besteht, der mit seinem jeweils einen Ende in den Hohlraum (32) der Achse (2) ausmündet und mit seinem jeweils anderen Ende aus dieser Achse (2) ausmündend sich in Richtung einer Distanzhülse (18) öffnet, an die beidseitig ein Innenring (14, 16) des jeweiligen Wälzlagers (10, 12) angrenzt.
Schneidrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement eine Speicherblase (40) aus elastomerem Material aufweist, die an der feststehenden Achse (2) mittels einer Halteeinrichtung (42) gehalten ist, die einen Verbindungskanal (44) aufweist, der eine medienführende Verbindung zwischen dem Inneren des Trennelements (40) und der Umgebung herstellt.
Schneidrolle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung einen Abschlussdeckel (42) aufweist, in den zentral der Verbindungskanal (44) ausmündet, an den sich Zuführkanäle (46) anschließen, die nutartig in die Deckeloberseite eingebracht sind.
Schneidrolle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung paarweise zusammenwirkende Kegelrollenlager (10, 12), aufweist.
Schneidrolle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Außenringe (15, 17) des Wälzlagerpaares (10, 12) mit dem auf der Achse (2) drehbaren Schneidring (4) verbunden sind und voneinander parallel zur Drehachse (6) des Schneidringes (4) einen axialen Abstand voneinander einnehmen, der der Länge der Distanzhülse (18) entspricht oder vorzugsweise größer ist.
Schneidrolle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung aus zwei Paaren mit je zwei Dichtringen (28, 30) besteht, die einmal der Lagereinrichtung (10, 12) und einmal einem ortsfest auf der Achse (2) sitzenden Abschlussteil (20, 22) zugewandt sind und die Abdichtung der Lagereinrichtung zumindest gegenüber der Umgebung vornehmen.
Tunnelvortriebsmaschine mit einem Bohrkopf, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schneidrolle (2, 4) nach einem der vorstehenden Ansprüche an dem Bohrkopf angeordnet ist.