JP5957530B2 - シールド掘進機の切削ローラの回転状態を監視するための監視装置、及びシールド掘進機用の切削ローラ装置 - Google Patents

シールド掘進機の切削ローラの回転状態を監視するための監視装置、及びシールド掘進機用の切削ローラ装置 Download PDF

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Description

本発明は、特許請求項1の上位概念部に記載した、シールド掘進機の切削ローラの回転状態を監視するための監視装置に関する。
更に本発明は、前記監視装置を備えたシールド掘進機用の切削ローラ装置に関する。
上記形式の監視装置、及び上記形式の監視装置を装備した、シールド掘進機用の切削ローラ装置は、下記特許文献1から公知である。当該公知の監視装置は、ベースプレートと、折り曲げられた金属プレートから製造され且つ楔状に形成されたハウジングカバーとを有する。ベースプレートを越えて突き出ているハウジングカバーの自由端部分において、従って片側で開いた受容空間内には、所定数のモジュールが配設されており、これらのモジュールは、加速度センサと温度センサと磁界センサとを有する。ベースプレートは、切削ローラ軸部材を固定するための締付装置に付属の締付ボルトにおける締付ボルトシャフトの横側方に配設されている。ベースプレートには、直角に結合プレートが取り付けられており、該結合プレートを通って締付ボルトシャフトが延在しており、従ってハウジングが固定されている。ハウジング内に収納された複数のモジュールは、無線接続を介して受信器と接続状態にあり、該受信器を用い、複数のセンサにより記録された測定値が切削ローラの回転状態を監視するために処理可能であり、また該切削ローラの軸部材には、ハウジングカバーの自由端部が隣接している。
WO 2009/155110 A2
本発明の基礎を成す第1の課題は、シールド掘進機において、極めて安定性があり従って非常に過酷な環境条件に対しても抵抗力をもって構成されている監視装置を提供することである。
更に本発明の基礎を成す第2の課題は、切削ローラの回転状態の監視の高い信頼性が与えられている、前記監視装置を備えた切削ローラ装置を提供することである。
前記第1の課題は、冒頭に記載した形式の監視装置において、本発明に従い、特許請求項1の特徴を有する監視装置により解決される。
即ち本発明の第1の視点により、モジュールを受容するための少なくとも1つの受容空間を有し且つ切削ローラの切削ローラ軸部材を固定するために構成された締付装置に取り付けるよう設けられているハウジングを備えた、シールド掘進機の切削ローラの回転状態を監視するための監視装置であって、前記受容空間又は各受容空間は、全側面において閉じていること、記ハウジングは、前記受容空間又は各受容空間を有するハウジングブロックをもち、該ハウジングブロックには、固定ユニットの一部として縦長のブッシュ台座部が形成されており、該ブッシュ台座部は、該ブッシュ台座部の縦方向に延在し且つ前記締付装置の締付ボルトシャフトを通すためのシャフト通路を有すること、前記ブッシュ台座部は、前記ハウジングブロックの横方向において中央領域に配設されていること、及び、前記ブッシュ台座部の両側には、各々少なくとも1つの受容空間が形成されていることを特徴とする監視装置が提供される。
前記第2の課題は、切削ロール装置において、特許請求項の特徴を有する切削ローラ装置により解決される。
即ち本発明の第2の視点により、前記監視装置を備えたシールド掘進機用の切削ローラ装置であって、切削ローラ軸部材の周りで回転可能な切削ローラと、前記切削ローラ軸部材の端部を切削ローラハウジングに固定可能とする締付ボルトとを備え、前記締付ボルトのシャフト部分が前記シャフト通路に配設されており、前記ハウジングの一側面部が非接触で前記切削ローラのハブに向き合って配設されていることを特徴とする切削ローラ装置が提供される。
本発明による監視装置では受容空間が全側面において閉じていることにより、複数のモジュールが損傷から良好に保護されている。締付ボルトシャフトを通す(受容する)シャフト通路を備えたハウジングブロックをもつようハウジングを構成することにより、ハウジングが極めて安定性をもって締付装置と結合されている。
本発明の目的に適った更なる展開形態は、下位請求項の対象である。尚、本願の特許請求の範囲に付記されている図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。
また本発明において、以下の形態が可能である。
(形態1)モジュールを受容するための少なくとも1つの受容空間を有し且つ切削ローラの切削ローラ軸部材を固定するために構成された締付装置に取り付けるよう設けられているハウジングを備えた、シールド掘進機の切削ローラの回転状態を監視するための監視装置であって、前記受容空間又は各受容空間は、全側面において閉じていること、及び、前記ハウジングは、前記受容空間又は各受容空間を有するハウジングブロックをもち、該ハウジングブロックには、固定ユニットの一部として縦長のブッシュ台座部が形成されており、該ブッシュ台座部は、該ブッシュ台座部の縦方向に延在し且つ前記締付装置の締付ボルトシャフトを通すためのシャフト通路を有すること。
(形態2)前記監視装置において、前記ブッシュ台座部は、前記ハウジングブロックの横方向において中央領域に配設されていること、及び、前記ブッシュ台座部の両側には、各々少なくとも1つの受容空間が形成されていることが好ましい。
(形態3)前記監視装置において、前記モジュールは、機械的な結合装置及び/又は該当の受容空間を少なくとも部分的に充填する充填材料を用いて固定されていることが好ましい。
(形態4)前記監視装置において、前記受容空間又は各受容空間は、前記ハウジングブロックに取外し可能に固定することのできる少なくとも1つのハウジングカバーにより密閉可能であることが好ましい。
(形態5)前記監視装置において、前記ハウジングカバーには、少なくとも1つのモジュールが取り付けられていることが好ましい。
(形態6)前記監視装置において、一モジュールが、磁界センサと温度センサと加速度センサとを含んだグループに含まれる少なくとも1つのセンサを有することが好ましい。
(形態7)前記監視装置において、前記モジュールは、ワイヤラインを介して互いに接続されていることが好ましい。
(形態8)前記監視装置を備えたシールド掘進機用の切削ローラ装置であって、切削ローラ軸部材の周りで回転可能な切削ローラと、前記切削ローラ軸部材の端部を切削ローラハウジングに固定可能とする締付ボルトとを備え、前記締付ボルトのシャフト部分が前記シャフト通路に配設されており、前記ハウジングの一側面部が非接触で前記切削ローラのハブに向き合って配設されていること。
(形態9)前記切削ローラ装置において、前記監視装置は、磁界センサ及び/又は温度センサを有し、該磁界センサ及び/又は温度センサは、前記ハブに向き合って配設されていることが好ましい。
(形態10)前記切削ローラ装置において、前記ハウジングと、切削ローラハウジングに支持される締付ブロックの前記ハウジングの方を向いた端部分とが、同じ横断面か又は実質的に同じ横断面を有することが好ましい。
(形態11)前記切削ローラ装置において、前記締付装置の有効長に適合させるために必要に応じ、少なくとも1つのスぺーサ部材が設けられており、該スぺーサ部材は、差込穴を有し、前記ハウジングと前記締付ブロックの前記端部分との間に配設されており、更に該スぺーサ部材は、前記ハウジングと前記締付ブロックの前記端部分と同じ横断面か又は実質的に同じ横断面を有することが好ましい。
(形態12)前記切削ローラ装置において、前記ハウジングは、切削ローラハウジングに形成された受容溝部に形状的に合致して結合するよう配設されていることが好ましい。

本発明の目的に適った更なる展開形態及び利点は、図面に図示された本発明の実施例に関する以下の説明から明らかである。
切削ローラを用いて構成された所定数の切削ローラ装置を有する掘削ヘッドと、制御スタンドとを備えたシールド掘進機を模式的に示す図である。 締付ボルトを介して固定された切削ローラが配設されている切削ローラハウジングを有する切削ローラ装置の一実施例を斜視図として示す図である。 図2による実施例を、切削ローラハウジングを取り外し、特に締付ボルトと結合された締付楔状部材と締付ブロックとが見えるように示した斜視図であり、締付楔状部材と締付ブロックとの間に配設されている本発明による監視装置の一実施例を示す斜視図である。 図3による監視装置の構成形態を拡大斜視図として示す図である。 図4による構成形態を分解斜視図として示す図である。 切削ローラの回転状態を無線監視するための本質的なモジュール並びに別のコンポーネントをブロック図として示す図である。
図1は、具体的な側面図としてシールド掘進機1を示しており、該シールド掘進機1は、切羽2の側において回転可能な掘削ヘッド3を有する。掘削ヘッド3は、所定数の切削ローラ装置4を装備しており、該切削ローラ装置4は、採掘稼働において、各々、切羽2に当接する少なくとも1つの切削ローラ5を有する。切削ローラ装置4は、本発明による監視装置として、各々の切削ローラ5に付設された少なくとも1つの監視装置6を装備しており、これらの監視装置6は、シールド掘進機1の各々の切削ローラ5の回転状態を監視するために設けられている。
監視装置6は、好ましくは無線で受信器7と接続状態にあり、該受信器7は、例えば所謂STARネットワーク構成か又はメッシュネットワーク構成において監視装置6から出された信号を受信アンテナ8を介して受信し、データライン9を介し、シールド掘進機1の制御スタンド10内に配設されたデータ処理ユニット11へ伝送するために設けられている。またデータ処理ユニット11は、制御スタンド10のスクリーン12に接続されており、該スクリーン12上には、切削ローラ5の回転状態に対応するデータが表示可能である。
図2は、斜視図として、図1によるシールド掘進機1に設けられた本発明による切削ローラ装置4の一実施例を示している。切削ローラ装置4は、切削ローラハウジング13を有し、該切削ローラハウジング13は、リング状に閉じた長円形状を有する。切削ローラ(即ちカッタービット)5は、切削ローラハウジング13が縁部側を取り囲んだ切削ローラ受容空間14内に配設されており、切削ローラ5を回転可能に支承する軸部材の両方の端部に係合する各締付装置15を介し、切削ローラハウジング13と結合されている。各締付装置15は、締付ボルト16を有し、該締付ボルト16を用い、稼働状態において図2では非図示の切羽2の方を向いた締付楔状部材17と、切削ローラハウジング13の切羽2とは反対の方を向いた側で係合する締付ブロック18とが、締付ナット(固定ナット)19を締めることにより、図2では見ることのできない切削ローラ5の切削ローラ軸部材の両方の端部を固定して締め付けながら、互いに引締固定が可能である。
引締固定のために締付ブロック18には、切削ローラハウジング13の外側面部に当接する縁ウイング部21,22が形成されており、これらの縁ウイング部21,22の間には、締付ボルト16が横切って通る中央部分23が設けられている。中央部分23からは締付楔状部材17の方向へ、締付ブロック18の端部分24が延在している。監視装置6は、締付楔状部材17と締付ブロック18との間に配設されている。
監視装置6と締付ブロック18との間には、切削ローラハウジング13のサイズが異なる場合にも監視装置6を切削ローラ5に対してその都度同じ相対的な配置構成で固定するために、締付装置15の有効長に適合されたスぺーサ部材25が配設されている。
切削ローラ受容空間14の方を向いた切削ローラハウジング13の内側面部には、受容溝部26が形成されており、該受容溝部26内に、監視装置6と締付楔状部材17と締付ブロック18の端部分24とが配設されている。図2から、締付ブロック18の端部分24の横断面と監視装置6の横断面と締付楔状部材17の横断面とが同じであること、又は全サイズから見て僅かな微小部分を除いて実質的にそれらの横断面が同じであることにより、受容溝部26が実質的に完全に且つ切削ローラ受容空間14内へ特段の出っ張りがないようにふさがれていること(即ち形状的に合致した配設が成されること)が見てとれ、従って監視装置6は、機械的な損傷に対して比較的良好に保護されている。
図3は、図2による切削ローラ装置4の実施例を切削ローラハウジング13のない状態で示している。図3から、締付楔状部材17の一斜面部が、切削ローラ5を回転可能に固定する切削ローラ軸部材27の端部に対して当接していることが見てとれ、従って締付ナット19を締めることにより、締付楔状部材17は、切削ローラ軸部材27の端部を、図3では非図示の切削ローラハウジング13において定置であり且つ切削ローラ軸部材27の端部をC字形状に取り囲む支承部材28に対して押し付け、それにより切削ローラ5は、安定して保持されている。更に図3による図面から、監視装置6が、切削ローラ5とは反対の方にあり且つ鋳造成形部材(Formgussteil)として製造されるか又はブロック状厚肉部材(Vollmaterial)から機械加工により作り出されたハウジングブロック29と、該ハウジングブロック29上に載置され且つ切削ローラ5の方にあるハウジングカバー30とを有し、これらが1つのハウジングを形成していることが見てとれる。ハウジングカバー30には、隆起したセンサ領域31が設けられており、該センサ領域31は、切削ローラ5のハブ32の方を向いており、モジュールとしてセンサモジュール33を装備している。センサモジュール33は、この実施例において、磁界センサと、温度センサと、オプションとして加速度センサとを有する。更にこの実施例において、監視装置6の方を向いた切削ローラ5のハブ32には、所定数の磁気的なパルス発生器34が設けられており、該パルス発生器34は、例えば、ハブ32内に取り入れられた小さい複数の永久磁石か、又は切削ローラ5の材料内に既設(埋設)の磁気的な不均質性部分(複数)によっても構成可能である。
図4は、部分的な斜視図として、図3による構成形態を監視装置6の領域で示している。図4から、隆起したセンサ領域31が、非接触であるが軸方向で切削ローラ5のハブ32に対して密に隣接することを保証するために、該センサ領域31が、図4では非図示の切削ローラ軸部材27の方を向いた内側面部35において円弧形状を有することが見てとれる。更に図4による図面から、ハウジングカバー30が、センサ領域31から見て締付ブロック18の方を向いた側において、凹部とされたセンサ領域36を有することが見てとれ、従って該センサ領域36は、該センサ領域36を介して放出された電子的な波の良好な伝播のために切削ローラ5から比較的大きな間隔を有している。
図5は、図4による構成形態を分解斜視図として示している。図5から、締付ボルト16が、雄ねじ(外ねじ)の設けられたねじ部分37と、平滑な側面のシャフト部分38とを有し、該シャフト部分38が締付楔状部材17と結合されていることが見てとれる。締付ナット19と締付ブロック18との間には、ボールカップ(Kugelpfanne)39とボールワッシャ(Kugelscheibe)40が配設されており、従ってこれらを用い、締付ナット19を締める際には、位置許容誤差が補償可能である。
スぺーサ部材25には、中央に差込穴41が形成されており、該差込穴41を締付ボルト16の自由端部が通っている。スぺーサ部材25は、差込穴41の両側に各々1つの通過穴42,43を有し、該通過穴42,43は、締付ブロック18の端部分24とスぺーサ部材25とが横断面が揃うよう並べられた場合に、締付ブロック18に形成された雌ねじ穴(内ねじ穴)と一直線に並べられる。
更に図5には、監視装置6のハウジングブロック29が直方体形状で構成されており、この実施例では、中央領域に配設されており長手方向(縦方向)に延在し且つハウジングブロック29の横方向(左右方向)において中央に位置するブッシュ台座部(Buchsensockel)44を有することが図示されている。ブッシュ台座部44を通ってシャフト通路45が延在し、該シャフト通路45を締付ボルト16のシャフト部分38が通っている。この際、シャフト部分38の直径とシャフト通路45の直径とは、ハウジングブロック29が半径方向にある程度の遊びをもって締付ボルト16に装着されるように決められている。ハウジングブロック29は、シャフト通路45の両側において通過穴46,47を有し、該通過穴46,47は、スぺーサ部材25並びに締付ブロック18の端部分24が監視装置6と横断面が揃うよう配向された場合に、スぺーサ部材25の通過穴42,43並びに締付ブロック18の雌ねじ穴の延長上に位置し、従ってハウジングブロック29は、専用の固定手段として図5では非図示の固定ねじ(ないし固定ボルト)を用い、取り外し可能に締付ブロック18と固定結合可能である。
ハウジングブロック29内でブッシュ台座部44の両側には、所定数の受容空間48,49,50が形成されている。これらの受容空間48,49,50を外側で閉じるハウジングブロック29の縁壁部には、雌ねじ(内ねじ)を備えた所定数の固定穴51が設けられており、該固定穴51にはカバー固定ねじ(ないしカバー固定ボルト)52がねじ込み可能であり、該カバー固定ねじ52は、ハウジングブロック29とハウジングカバー30との間に配設されたフラットガスケットを用いてハウジングカバー30をハウジングブロック29と密に結合するために、ハウジングカバー30に形成されたカバー固定穴を通っている。
更に図5による図面から、監視装置6が、隆起したセンサ領域31内に配設され且つそこでねじ固定及び充填材料の注入により保持されたセンサモジュール33の他に、別のモジュールとして、カップリングモジュール53と、エネルギー供給モジュール54と、電子装置モジュール55とを有することが見てとれ、この際、カップリングモジュール53と電子装置モジュール55は、受容空間48,50内に設けられた機械的な結合装置及び/又はこれらの受容空間48,50を少なくとも部分的に充填する充填材料を用いて保持された状態で対応する受容空間48,50内に配設されている。エネルギー供給モジュール54は、交換可能であり、外部影響から保護された状態でその受容空間49内で保持されている。
センサモジュール33は、この実施例において、切削ローラ5の好ましくは回転数、しかし少なくとも回転状態ないし停止状態を検知するための磁界センサと、温度センサとを有する。エネルギー供給モジュール54は、監視装置6に自給式(autark)で電気エネルギーを供給するために設けられている。
カップリングモジュール53は、電子装置モジュール55を介して監視装置6を図1の関連で説明した無線ネットワークと接続するために、帰納的(induktiv 誘導的)にプログラミングインタフェースと接続可能であるように設けられている。
また図5では、別のモジュールとして、アンテナを有する送信モジュール(アンテナモジュール)56が見てとれ、該送信モジュール56は、ハウジングカバー30のセンサ領域36に、ねじ結合部並びに多岐に亘る負荷に対して極めて抵抗力のある充填材料を用いて固定され、配設されている。
センサモジュール33と、カップリングモジュール53と、エネルギー供給モジュール54と、電子装置モジュール55と、アンテナモジュール56と用いて構成された複数のモジュールを接続するために、図5では非図示であるワイヤライン(電線)が設けられている。
図6は、ブロック図として、監視装置6の電子的な構成形態と、受信器7との協働の様子を示している。図6では、理解を容易にするために、電気エネルギーを伝送する接続系統が実線で示され、制御信号を伝送する接続系統が破線で示され、データ信号を伝送する接続系統が点線で示されている。
エネルギー供給モジュール54を用い、センサモジュール33と、電子装置モジュール55と、アンテナモジュール56とに電気エネルギーが供給可能である。図6から、監視装置6が、エネルギー自給式で且つカップリングモジュール53を介してプログラミングインタフェース57を用いて帰納的(induktiv)にプログラミング可能であることが見てとれる。この際、個々のモジュール33,53,54,55,56は、互いに制御信号ライン及びデータ信号ラインを介して接続状態にある。
1 シールド掘進機
2 切羽
3 掘削ヘッド
4 切削ローラ装置
5 切削ローラ(ディスクカッタ)
6 監視装置
7 受信器
8 受信アンテナ
9 データライン
10 制御スタンド
11 データ処理ユニット
12 スクリーン
13 切削ローラハウジング
14 切削ローラ受容空間
15 締付装置
16 締付ボルト
17 締付楔状部材
18 締付ブロック
19 締付ナット(固定ナット)
21 縁ウイング部
22 縁ウイング部
23 中央部分
24 端部分
25 スぺーサ部材
26 受容溝部
27 切削ローラ軸部材
28 支承部材
29 ハウジングブロック
30 ハウジングカバー
31 センサ領域
32 ハブ
33 センサモジュール
34 パルス発生器
35 内側面部
36 センサ領域
37 ねじ部分
38 シャフト部分
39 ボールカップ
40 ボールワッシャ
41 差込穴
42 通過穴
43 通過穴
44 ブッシュ台座部
45 シャフト通路
46 通過穴
47 通過穴
48 受容空間
49 受容空間
50 受容空間
51 固定穴
52 カバー固定ねじ
53 カップリングモジュール
54 エネルギー供給モジュール
55 電子装置モジュール
56 送信モジュール(アンテナモジュール)
57 プログラミングインタフェース

Claims (11)

  1. モジュール(33,53,54,55,56)を受容するための少なくとも1つの受容空間(48,49,50)を有し且つ切削ローラ(5)の切削ローラ軸部材(27)を固定するために構成された締付装置(15)に取り付けるよう設けられているハウジング(29,30)を備えた、シールド掘進機(1)の切削ローラ(5)の回転状態を監視するための監視装置であって、
    前記受容空間又は各受容空間(48,49,50)は、全側面において閉じていること、
    記ハウジングは、前記受容空間又は各受容空間(48,49,50)を有するハウジングブロック(29)をもち、該ハウジングブロック(29)には、固定ユニットの一部として縦長のブッシュ台座部(44)が形成されており、該ブッシュ台座部(44)は、該ブッシュ台座部(44)の縦方向に延在し且つ前記締付装置(15)の締付ボルトシャフト(38)を通すためのシャフト通路(45)を有すること
    前記ブッシュ台座部(44)は、前記ハウジングブロック(29)の横方向において中央領域に配設されていること、及び、前記ブッシュ台座部(44)の両側には、各々少なくとも1つの受容空間(48,49,50)が形成されていること
    を特徴とする監視装置。
  2. 前記モジュール(33,53,54,55,56)は、機械的な結合装置及び/又は該当の受容空間(48,49,50)を少なくとも部分的に充填する充填材料を用いて固定されていること
    を特徴とする、請求項に記載の監視装置。
  3. 前記受容空間又は各受容空間(48,49,50)は、前記ハウジングブロック(29)に取外し可能に固定することのできる少なくとも1つのハウジングカバー(30)により密閉可能であること
    を特徴とする、請求項1又は2に記載の監視装置。
  4. 前記ハウジングカバー(30)には、少なくとも1つのモジュール(33,56)が取り付けられていること
    を特徴とする、請求項に記載の監視装置。
  5. 一モジュール(33)が、磁界センサと温度センサと加速度センサとを含んだグループに含まれる少なくとも1つのセンサを有すること
    を特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の監視装置。
  6. 前記モジュール(33,53,54,55,56)は、ワイヤラインを介して互いに接続されていること
    を特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の監視装置。
  7. 請求項1〜のいずれか一項に記載の監視装置を備えたシールド掘進機用の切削ローラ装置であって、
    切削ローラ軸部材(27)の周りで回転可能な切削ローラ(5)と、前記切削ローラ軸部材(27)の端部を切削ローラハウジング(13)に固定可能とする締付ボルト(16)とを備え、
    前記締付ボルト(16)のシャフト部分(38)が前記シャフト通路(45)に配設されており、前記ハウジング(29,30)の一側面部が非接触で前記切削ローラ(5)のハブ(32)に向き合って配設されていること
    を特徴とする切削ローラ装置。
  8. 前記監視装置は、磁界センサ及び/又は温度センサを有し、該磁界センサ及び/又は温度センサは、前記ハブ(32)に向き合って配設されていること
    を特徴とする、請求項に記載の切削ローラ装置。
  9. 前記ハウジング(29,30)と、切削ローラハウジング(13)に支持される締付ブロック(18)の前記ハウジング(29,30)の方を向いた端部分(24)とが、同じ横断面か又は実質的に同じ横断面を有すること
    を特徴とする、請求項又はに記載の切削ローラ装置。
  10. 前記締付装置(15)の有効長に適合させるために、少なくとも1つのスぺーサ部材(25)が設けられており、該スぺーサ部材(25)は、差込穴(41)を有し、前記ハウジング(29,30)と前記締付ブロック(18)の前記端部分(24)との間に配設されており、更に該スぺーサ部材(25)は、前記ハウジング(29,30)と前記締付ブロック(18)の前記端部分(24)と同じ横断面か又は実質的に同じ横断面を有すること
    を特徴とする、請求項に記載の切削ローラ装置。
  11. 前記ハウジング(29,30)は、切削ローラハウジング(13)に形成された受容溝部(26)に形状的に合致して結合するよう配設されていること
    を特徴とする、請求項10のいずれか一項に記載の切削ローラ装置。
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