JP7123147B2

JP7123147B2 - トンネルボーリングマシン用の切削工具およびトンネルボーリングマシン

Info

Publication number: JP7123147B2
Application number: JP2020535257A
Authority: JP
Inventors: ヒメルズバッハ、クリスティアン; ブラント、イェンス
Original assignee: Herrenknecht AG
Current assignee: Herrenknecht AG
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2039-01-16
Also published as: JP2021510779A; EP3701125B1; ES2902152T3; AU2019212080B2; AU2019212080A1; CA3085542A1; DE202018100361U1; EP3701125A1; US20220145757A1; CN111556919B; WO2019145201A1; RU2020124342A; CN111556919A; US11448067B2; CN208502776U

Description

本発明は、請求項１の上位概念によるトンネルボーリングマシン（Tunnelvortriebsmaschine）用の切削工具（Abbauwerkzeug）に関する。

本発明はさらに、この種の工具が少なくとも１つ装備されたトンネルボーリングマシンに関する。

トンネルボーリングマシン用のこの種の切削工具、並びにこの種の切削工具が装備されたトンネルボーリングマシンは、特開２０００－２０４８８４号公報から公知である。

トンネルボーリングマシン用の公知の切削工具は、摩耗センサが組み込まれた工具ヘッドを有する。摩耗センサには、有線ベースの電力装置を介して電気エネルギーを印加することができる。切削工具にはさらに工具支持体が装備されており、工具支持体には工具ヘッドが交換可能に接続されている。公知の切削工具では、摩耗センサは、端部が摩耗方向に段付けられて互いに離間された複数のワイヤによって構成されており、ワイヤは捩れないようにして切削工具から引き出されている。

特開２０００－２０４８８４号公報

本発明の基礎とする課題は、摩耗限界に達した際に切削工具の簡単な交換が行われる、冒頭に述べた形式の切削工具、および切削工具が装備されたトンネルボーリングマシンを提供することである。

この課題は、冒頭に述べた形式の切削工具において、本発明により請求項１の特徴によって解決される。即ち、本発明の第１の視点において、トンネルボーリングマシン用の切削工具であって、工具ヘッドと、該工具ヘッドに組み込まれており、電気線路アセンブリを介して電気エネルギーが印加可能である少なくとも１つの摩耗センサと、前記工具ヘッドが交換可能に接続されている工具支持体とを有する切削工具が提供され、該切削工具において、前記線路アセンブリは、前記工具ヘッドと前記工具支持体との間に無線式かつプラグレスの連結モジュールを有し、前記工具ヘッドとは反対側の、前記工具支持体の端部には、評価モジュールが配置されている、ことを特徴とする。
より詳しくは、前記第１の視点において、
トンネルボーリングマシン用の切削工具であって、工具ヘッドと、該工具ヘッドに組み込まれており、電気線路アセンブリを介して電気エネルギーが印加可能である少なくとも１つの摩耗センサと、前記工具ヘッドが交換可能に接続されている工具支持体とを有する切削工具において、
前記電気線路アセンブリは、前記または各摩耗センサのために、前記工具ヘッドから、前記工具ヘッドとは反対側の、前記工具支持体の端部まで延びており、
前記電気線路アセンブリは、前記工具ヘッドと前記工具支持体との間に無線式かつプラグレスの連結モジュールを有し、前記工具ヘッドとは反対側の、前記工具支持体の端部には、前記工具ヘッドの摩耗状態を評価する評価モジュールが配置されている、
ことを特徴とする。

この課題は、トンネルボーリングマシンにおいて請求項９の特徴によって解決される。即ち、本発明の第２の視点において、第１の視点による切削工具を少なくとも１つ有するトンネルボーリングマシンが提供される。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

本発明による切削工具が、無線プラグレスの連結モジュールを有し、線路アセンブリが、これにより工具ヘッドと工具脚部との間で、摩耗した工具ヘッドの交換の際に、非常に簡単に離脱可能であり、引き続き再接続可能であることによって、工具支持体の直接近傍に配置された評価モジュールにより摩耗限界に達したことが識別されると、工具ヘッドを非常に簡単に交換することができる。

本発明のさらなる有利な構成は、従属請求項の対象である。即ち、本発明において以下の構成が可能である。
（形態１）
第１の視点のとおり。（基本形態１）
（形態２）
前記連結モジュールは、互いに離間した送／受信素子を有するインタフェースによって構成されている、ことを特徴とする、好ましくは形態１に記載の切削工具。
（形態３）
前記連結モジュールは、誘導性連結部を有する、ことを特徴とする、好ましくは形態１または２に記載の切削工具。
（形態４）
前記線路アセンブリは、前記連結モジュールの両側に、前記または各摩耗センサへの、および前記摩耗状態表示器を制御する評価モジュールへの電気線路を有する、ことを特徴とする、好ましくは形態１から３のいずれか一に記載の切削工具。
（形態５）
前記工具支持体は、前記工具ヘッドと形状的に結合して接続可能な工具支持体ヘッドと、前記工具支持体ヘッドの、前記工具ヘッドとは反対側に配置された、中空シリンダ状に構成された工具支持体脚部とを有し、該工具支持体脚部には、前記工具支持体ヘッドとは反対側の端部に前記評価モジュールが配置されている、ことを特徴とする、好ましくは形態１から４のいずれか一に記載の切削工具。
（形態６）
前記工具支持体脚部の内室内に配置された線路アセンブリの部分は、線路案内管内に配置されている、ことを特徴とする、好ましくは形態５に記載の切削工具。
（形態７）
前記評価モジュールは、保護ケーシング内に配置されており、該保護ケーシング内にはさらにエネルギー供給モジュールが配置されている、ことを特徴とする、好ましくは形態１から６のいずれか一に記載の切削工具。
（形態８）
前記評価モジュールは、光学的摩耗表示部を有する、ことを特徴とする、好ましくは形態１から７のいずれか一に記載の切削工具。
（形態９）
前記評価モジュールにより、当該評価モジュールにより形成されたデータが、無線伝送チャネルを介して伝送可能である、ことを特徴とする、好ましくは形態１から８のいずれか一に記載の切削工具。
（形態１０）
形態１から９のいずれか一に記載の切削工具を少なくとも１つ有するトンネルボーリングマシン。
（形態１１）
前記または各切削工具は、配設された支持体ヘッドにスライド可能に配置されており、前記または各支持体ヘッドに対してシールユニットが設けられており、該シールユニットは、前記支持体ヘッドに配設された切削工具の引き込まれた位置においてシールユニットと、堀削面（Ortsbrust）とは反対の側のトンネルボーリングマシンの領域が、前記堀削面に対して耐圧性に密封可能であるように閉鎖可能である、好ましくは形態１０に記載のトンネルボーリングマシン。

本発明のさらなる有利な構成および利点は、図面を参照する一実施例の以下の説明から得られる。

本発明による例示的な切削工具が装備されたトンネルボーリングマシンのカッターホイール（Schneidrad）の一部分の斜視図である。支持体ヘッドに配置された、本発明による一切削工具の実施例を、押し出された動作位置において示す側面図である。図２によるアセンブリの縦断面図である。図３による例示的切削工具を、引き込まれた保守位置において示す縦断面図である。

図１は、一トンネルボーリングマシンの一カッターホイール１０３の一部分を簡単な斜視図に示す。ここでカッターホイールには、実施例に示された、ここでは軟弱で緩い地盤を取り壊すために構成された、いわゆる削除ナイフ（Schaelmesser）としての複数の本発明の切削工具１０６が装備されている。各切削工具１０６は、カッターホイール１０３と接続された支持体ヘッド１０９にスライド可能に配置されており、支持体ヘッドには、切削側との反対の裏側に長手のエンドスリーブ（Endhuelse）１１２が取り付けられている。切削側に各切削工具は、露出する土壌を切除するために削除ナイフヘッド１１５を有する。この削除ナイフヘッドは、トンネルボーリングマシンの切削駆動時に摩耗に曝され、したがって所定の摩耗限界に達する際、または下回る際に、運用経済的理由から可及的に迅速に、かつ動作的に確実に交換しなければならない。

削除ナイフヘッド１１５の反対側では、各切削工具１０６がサイト（透視）グラスプレート１１８により構成されている。サイトグラスプレートは、切削工具１０６を裏側で閉鎖し、これを通してヒトの眼に対して識別可能な光学的情報を伝達できるように透明である。

図２は、一支持体ヘッド１０９に保持された図１の例示的な切削工具１０６の実施例を側面図に示す。図２から、削除ナイフヘッド１１５には切削側で複数の硬質インサートないしチップ（Harteinsaetzen）２０３が装着されていることが分かり、これにより摩耗限界に達するまでの耐用年数を最適化する。さらに図２から、削除ナイフヘッド１１５は工具支持体ヘッド２０６と接続されており、工具支持体ヘッドは、図２に示された押し出された動作位置において支持体ヘッド１０９内に延びている。

支持体ヘッド１０９に向いた側の、エンドスリーブ１１２の端部は、接続フランジリングアセンブリ２０９を介してネジ留めにより支持体ヘッド１０９と解離可能に接続されており、一方、支持体ヘッド１０９とは反対側の、エンドスリーブ１１２の自由端部は、終端フランジリング２１２を支持する。この終端フランジリング内には、削除ナイフヘッド１１５に対向する、切削工具１０６の裏側の端部がスライド可能に支承されている。

図３は、押し出された動作位置にある切削工具１０６を備える、図２のアセンブリを縦断面図に示す。図３から、削除ナイフヘッド１１５と工具支持体ヘッド２０６は、形状的に結合（形状によるありつぎ結合）したピン接続（Zapfenverbindung）３０３を介して互いに接続されていることが分かる。このピン接続は、この実施例では多角錐台３０６と、この多角錐台３０６に対して相補的に構成された多角錐台受け部３０９とを有し、これらは寸法通りに互いに入れ子式に嵌合する。

その代わりに、ピン接続３０３のために、円柱錐台と、特別の捩じれ防止具を備える円柱錐台受け部が使用されうる。

多角錐台３０６と多角錐台受け部３０９との間の端面側の接触箇所には、線路アセンブリの連結モジュール３１２が配置されている。この連結モジュールは、無線プラグレスの、好ましくは空間的に互いに離間した送／受信素子により形成されるインタフェースを、削除ナイフヘッド１１５内に存在する線路アセンブリの部分と、連結モジュール３１２から切削工具１０６の、削除ナイフヘッド１１５とは反対の側に延びる線路アセンブリの部分との間に形成する。

削除ナイフヘッド１１５には、例えば温度センサの形態の摩耗センサ３１５が装備されている。摩耗センサは、削除ナイフヘッド１１５の目下の摩耗状態を特徴付ける出力信号を送出する。この出力信号は、線路アセンブリに供給可能であり、連結モジュール３１２を介して削除ナイフヘッド１１５から導出することができる。

線路アセンブリはさらに、線路案内管３１８を有する。この線路案内管の一方の端部は、工具支持体ヘッド２０６を通って連結モジュール３１２まで貫通案内されており、工具支持体ヘッド２０６から離れるように（後方へ）延びている。線路案内管３１８は、工具支持体ヘッド２０６と接続され、中空円柱状に構成された工具支持体脚部３２１の内室内に配置されている。工具支持体脚部の、工具支持体ヘッド２０６とは反対側の端部には、閉鎖フランジリングアセンブリ３２４が取り付けられており、これには特にサイトグラスプレート１１８が固定されている。工具支持体ヘッド２０６とは反対側の、工具支持体脚部３２１の端部には、さらに保護ケーシング３２７が配置されており、この保護ケーシング内には評価モジュール３３０が配置されている。この評価モジュールには、この実施例では、光学的摩耗状態表示器が装備されている。

工具支持体ヘッド２０６とは反対側の、線路案内管３１８の端部は、保護ケーシング３２７に開口しており、したがって線路アセンブリは、外部の、とりわけ機械的な影響から十分に保護されて、評価モジュール３３０と接続されている。

したがって、前記または各摩耗センサ３１５の出力信号が、保護ケーシング３２７に配置された独立のエネルギー供給モジュール、例えば好ましくは再充電可能なバッテリーを介して目的どおりに電気エネルギーが供給される評価モジュール３３０に印加され、サイトグラスプレート１１８を通して操作および保守用員によって摩耗状態表示器を観察することができ、例えば、削除ナイフヘッド１１５が所定の摩耗限界に達する前であって、まだ動作可能状態の場合は、緑の光表示器の形態で、そして削除ナイフヘッド１１５が摩耗限界に達するか、または下回る場合には赤の表示器の形態で監視できることが保証される。

図示しないさらなる構成では、摩耗状態表示器に供給されるデータ信号は、その代わりに、またはそれに加えて、評価モジュール３３０の送信ユニットを介して、無線接続のような無線伝送チャネルによって、トンネルボーリングマシンの切削側、裏側の領域に、例えばトンネルボーリングマシンの制御盤に伝送可能であり、そこでさらに処理することができる。

図３から、切削工具１０６の全体の構造は機械的に高安定性であり、電気的および電子的コンポーネントは、外部の環境的影響、例えば特に工具支持体脚部３２１の内室内の湿気または機械的作用に対して非常に良好にカプセル化されていることが分かる。

図３からさらに、切削工具１０６の送り運動は、動作位置を取るために、終端フランジリング２１２と閉鎖フランジリングアセンブリ３２４との間、および支持体ヘッド１０９と工具支持体ヘッド２０６との間に半径方向に形成されたストッパによって制限されていることが分かる。

図４は、図３に対応して長手方向断面図に、切削工具１０６を、図３による動作位置に対して引き込まれた保守位置で示す。保守位置では、切削工具１０６が支持体ヘッド１０９から引き出されており、エンドスリーブ１１２から完全に取り出す準備ができている。図４の図面から、接続フランジアセンブリ２０９はシールユニット４０３を保持し、このシールユニットにより、支持体ヘッド１０９内に切削工具１０６のために切削側に形成された収容空間４０６を、エンドスリーブ１１２の案内空間４０９から分離できることが理解される。これによって切削工具１０６は、シールユニット４０３の閉鎖位置（密封状態）において圧力なしで取り出される。そして、摩耗した削除ナイフヘッド１１５が工具支持体ヘッド２０６から取り外され、摩耗していない削除ナイフヘッド１１５が、再び工具支持体ヘッド２０６と共に、面倒でエラーを起こしやすい接続作業なしで線路アセンブリに固定される。

Claims

トンネルボーリングマシン用の切削工具であって、工具ヘッド（１１５）と、該工具ヘッド（１１５）に組み込まれており、電気線路アセンブリを介して電気エネルギーが印加可能である少なくとも１つの摩耗センサ（３１５）と、前記工具ヘッド（１１５）が交換可能に接続されている工具支持体（２０６，３２１）とを有する切削工具において、
前記電気線路アセンブリは、前記または各摩耗センサ（３１５）のために、前記工具ヘッド（１１５）から、前記工具ヘッド（１１５）とは反対側の、前記工具支持体（２０６，３２１）の端部まで延びており、
前記電気線路アセンブリは、前記工具ヘッド（１１５）と前記工具支持体（２０６，３２１）との間に無線式かつプラグレスの連結モジュール（３１２）を有し、前記工具ヘッド（１１５）とは反対側の、前記工具支持体（２０６，３２１）の端部には、前記工具ヘッド（１１５）の摩耗状態を評価する評価モジュール（３３０）が配置されている、
ことを特徴とする切削工具。
前記連結モジュール（３１２）は、互いに離間した送／受信素子を有するインタフェースによって構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
前記電気線路アセンブリは、前記連結モジュール（３１２）の両側に、前記または各摩耗センサ（３１５）への、および前記評価モジュール（３３０）への電気線路を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の切削工具。
前記工具支持体は、前記工具ヘッド（１１５）と形状的に結合して接続可能な工具支持体ヘッド（２０６）と、前記工具支持体ヘッド（２０６）の、前記工具ヘッド（１１５）とは反対側に配置された、中空シリンダ状に構成された工具支持体脚部（３２１）とを有し、該工具支持体脚部（３２１）には、前記工具支持体ヘッド（２０６）とは反対側の端部に前記評価モジュール（３３０）が配置されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の切削工具。
前記工具支持体脚部（３２１）の内室内に配置された前記電気線路アセンブリの部分は、線路案内管（３１８）内に配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の切削工具。
前記評価モジュール（３３０）は、保護ケーシング（３２７）内に配置されており、該保護ケーシング（３２７）内にはさらにエネルギー供給モジュール（３３３）が配置されている、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の切削工具。
前記評価モジュール（３３０）は、光学的摩耗表示部を有する、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の切削工具。
前記評価モジュール（３３０）により、該評価モジュール（３３０）により形成されたデータが、無線伝送チャネルを介して伝送可能である、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の切削工具。
請求項１から８のいずれか一項に記載の切削工具を少なくとも１つ有するトンネルボーリングマシン。
前記または各切削工具（１０６）は、配設された支持体ヘッド（１０９）にスライド可能に配置されており、前記または各支持体ヘッド（１０９）に対してシールユニット（４０３）が設けられており、該シールユニット（４０３）は、前記支持体ヘッド（１０９）に配設された前記切削工具（１０６）の引き込まれた位置において、堀削面とは反対の側の該トンネルボーリングマシンの領域が前記堀削面に対して耐圧性に密封可能であるように閉鎖可能である、ことを特徴とする請求項９に記載のトンネルボーリングマシン。