JP7371079B2 - カッティングローラ - Google Patents

Description

本発明は、軸を有するカッティングローラであって、カッティングリングが、軸受装置によって軸上に回転可能に案内されており、軸受装置は、密封装置によって環境に対して密閉されている、カッティングローラに関する。

岩石の採掘に使用されるこの種のカッティングローラは、従来技術であり、特許文献１を参照されたい。特に、この様なカッティングローラは、トンネル掘削機械のドリルヘッドの前端部の切削工具として使用される。作動中、割り当てられた密封装置は、汚れ等の侵入といった有害な環境影響から各カッティングリングの軸受装置を保護する。しかしながら、トンネル掘削において、頻繁に発生する深い掘削深さは、水中で掘削を行う場合、又は、水の浸入が発生した場合には、問題を生じさせる。また、各掘削深さに応じた水圧によって、密封装置の存在にもかかわらず水の浸入があり、これに伴って軸受装置が駄目になる。

独国特許出願公開第１０２０１２２２０４３４号明細書

本発明の課題は、このような問題点の観点から、水圧が支配的な場合であっても、岩石の採掘に確実に使用することができる上述した種類のカッティングローラを提供することである。

本発明によれば、この課題は、その全体において請求項１の特徴を有するカッティングローラによって解決される。

請求項１の特徴部分によれば、本発明の本質的な特徴は、補償装置によって軸受装置と環境との間に生じる任意の圧力差を補償できることである。水中で作動する場合であっても、密封装置は、補償装置によって提供される圧力補償に基づいて、軸受装置を水の浸入から確実に保護する。このような信頼性の高い作動は、７ｂａｒ（０．７ＭＰａ）又はこれより高い水圧が想定される、深い掘削部においても、フェイルセーフとなる。

有利な実施形態例では、補償装置は、弾性的に可撓性を有する分離要素を有しており、その内側は、環境圧力で取り外せないように加圧されており、その外側は、加圧された状態で軸受装置に接続されており、このようにして軸受装置の内部における環境圧力を成立させる。

この配置は、分離要素が軸の空洞部内に収容されており、空洞部が、加圧された接続部を介して軸受装置の少なくとも一部分と接続されている場合に、特に有利となり得る。このようにして、本発明によるカッティングローラが、コンパクトな構造を有し、公知のカッティングローラと比較してサイズを増加させることなく製造することができるように、補償装置は、カッティングローラの軸の内部に完全に統合されている。

分離要素は、有利には、分離要素の内部と環境との間に媒体を案内する接続を確立する接続チャネルを有する保持装置によって固定軸上に保持される、エラストマ材料からなるアキュムレータブラダー（accumulator bladder）を有することができる。

有利な実施形態例では、保持装置は、端部キャップを有しており、端部キャップの内部には、接続チャネルが中央に開口し、接続チャネルには、供給チャネルが接続され、供給チャネルは、溝の形態のカバーの上部に挿入されている。供給チャネルは、環境圧力が、接続チャネルに伝達されると共に、環境の特異点からブラダーに伝達されるだけでなく、供給チャネルによって覆われた、より大きな環境領域からも伝達されることを確実にする。

軸受装置は、有利には、少なくとも２つの転がり軸受、特に、一対で相互作用するテーパ状のローラ軸受を有してもよく、その隙間及び／又は着座形状は、加圧された接続部に、少なくとも部分的に接続されている。

加圧された接続部が少なくとも１つのクロスチャネルから成るような配置は有利になり得てもよく、各クロスチャネルの一端が、軸の空洞部内に開口すると共に、各クロスチャネルの他端が、両側で各転がり軸受の内側リングによって隣接されているスペーサスリーブ（spacer sleeve）の方向に、軸の外側へ開口している。

対の転がり軸受の外側リングは、軸上で回転可能にカッティングリングに接続されてもよく、カッティングリングの回転軸と平行に、スペーサスリーブの長さに等しい、又は、好ましくは、それよりも長い間隔で、互いに軸方向に離間して配置されてもよい。

密封装置の形成に関して、密封装置が、２つの対から成り、それぞれが２つのシールリングを有しており、一方の対が軸受装置に面すると共に、他方の対が軸上に固定された端部に面しており、少なくとも環境に対して軸受装置を密封するような配置は有利である。

請求項１０によれば、本発明の対象は、請求項１から請求項９の何れか１項に記載のカッティングローラが、少なくとも１つ配置されている、掘削ヘッドを有する、トンネル切削機械にも関する。

以下、図面に示される実施例を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に係るカッティングローラの実施例を図式的に簡略化された縦断面図を示す。 図２は、図１において符号ＩＩで示された領域を図１に対して拡大した部分断面図を示す。 図３は、実施例の補償装置の弾力性のある分離要素を形成するブラダーの縦断面図を割り当てられた保持装置と共に示す。 図４は、保持装置を有するアキュムレータブラダーを示す斜視図である。 図５は、アキュムレータブラダーを個別に示す縦断面図である。 図６は、図５に符号ＶＩで示されたアキュムレータブラダーの部分的に切り取った領域を拡大して示す。 図７は、改良された外径を有する端部を有する、図６の部分的に切り取った領域を示す。

図１に示された例示的な実施形態では、カッティングリング４のための回転軸６を画定する固定された軸２を有する。カッティングリング４は、中央に配置されており、半径方向に突出したリングバルジ８を有しており、その径方向外側のテーパ状の端部には、この種のカッティングローラのための通常の方法で、切削挿入部が設けられているが、図１の図式的に簡略化された図の中では、切削挿入部は省略されている。カッティングリング４のための回転軸受を形成する軸受装置は、第１のテーパ状ローラ軸受１０と、第２のテーパ状ローラ軸受１２と、から成る一対の転がり軸受によって形成されており、各内側リング１４及び／又は１６は、スペーサスリーブ１８によって、軸方向に互いに離間された状態で保持されて、軸２を取り囲んでいる。軸２上に着座している、軸受カバー２０、２２は、スペーサスリーブ１８と接触した状態の内側リング１４、１６を保持する。図１において左側に位置する軸受カバー２０の肩部２４は、軸２の径方向に突出したカラー部２６に固定されている。軸２に着座したねじ式リングとしての反対側の軸受カバー２２は、反対側の方向において、軸受装置の軸方向の固定を形成している。カッティングリング４を支持する、テーパ状のローラ軸受１０及び／又は１２の外側リング１５、１７は、カッティングリング４の内側カラー部１９によって互いに軸方向に離間して保持されており、離間された間隔は、スペーサスリーブ１８の軸方向の長さよりもわずかに長くなっている。二対のシールリング２８、３０が、軸受装置を密封するために設けられており、各軸方向外側シールリング２８は、固定された軸受カバー２０及び／又は２２へ向けてシールを形成し、各軸方向内側シールリング３０は、カッティングリング４の周辺へ向けてシールを形成する。

軸２は、回転軸６と同軸とされており、図１の左側の端部３４において閉鎖されており、反対側の端部３６において、開放されている内側空洞部３２を有する。長さ範囲の中央部では、クロスホール３８が、軸２の空洞部３２を外周へ向けて開放している。このようにして、軸２の空洞部３２から軸受装置の内部への媒体接続は、内側リング１４、１６及びスペーサスリーブ１８の領域内で軸の外周に設けられた隙間を介して確立されている。本発明によれば、カッティングローラは、環境と空洞部３２、すなわち、軸受装置との間の圧力補償を提供する補償装置を有する。補償装置は、図５に別個に示されており、エラストマで形成されている、弾性的に曲げやすいアキュムレータブラダー４０の形態の移動可能な分離要素を有する。図１及び図２が、最も明確に示すように、アキュムレータブラダー４０は、アキュムレータブラダー４０の外側がクロスホール３８を介して加圧された状態で軸受装置に接続されており、その一方で、アキュムレータブラダー４０の内側が環境に接続されるように、空洞部３２の開放端３６から空洞部３２の内部に取り付けられている。この接続を形成するために、かつ、アキュムレータブラダー４０の支持部として、図２が最も明確に示すように、空洞部３２の開放端３６にねじ込むことができると共に、環境とアキュムレータブラダー４０の内部との間の接続を提供する同軸接続チャネル４４を有する、支持装置としての端部キャップ４２が設けられている。図４に最も明確に示されているように、端部キャップ４２の外側には、環境との接続がより広い面積にわたって形成されるように、凹溝の形態で交差する供給チャネル４６が形成されている。シールリング４８は、空洞部３２の内壁に対して端部キャップ４２を密封するために使用される。

保持装置を形成する端部キャップ４２とアキュムレータブラダー４０との間の機械的接続は、図３及び図５から図７を参照して最も明確に見ることができる。図示されているように、アキュムレータブラダー４０は、開放端において、開口部５０を取り囲む端部バルジ５２を有する。図３に示されているように、端部キャップ４２は、接続チャネル４４の内側端部において、アキュムレータブラダー４０の内側へ向けた方向で、端部バルジ５２において延在する環状部分５８の背後に係合する環状溝のアンダーカットされた壁部分５６を備えた拡張部５４を有する。図７は、端部バルジ５２の形状についての変形例を示しており、端部バルジ５２ａは、端部キャップ４２の拡張部５４に対して環状溝（図示省略）の対応する改良された形態で固定され得る。

アキュムレータブラダー４０の可撓性のため、アキュムレータブラダー４０の内部に隣接する空間とアキュムレータブラダー４０の外部に隣接する空間とは、それぞれ同じ圧力レベルを有する。環境において支配的であり、かつ、チャネル４４、４６を介してアキュムレータブラダー４０の内部において効果的な水圧がある場合、アキュムレータブラダー４０は、ブラダーの内部とブラダーの外部、すなわち、空洞部３２との間の圧力が均衡するまで膨張する。このことは、また、クロスホール３８を介した軸受ユニット内部における圧力補償、すなわち、内部軸受圧力が環境圧力に調整される結果をもたらす。この圧力補償は、外部水圧が発生した場合であっても、本発明によるカッティングローラを安全に作動し得るように、シールリング対２８，３０の形態の密封装置が、環境の影響に対するテーパ状のローラ軸受１０、１２の信頼性の高い保護を提供することを保証する。上述したアキュムレータブラダー４０の機能は、弾性的に曲げやすい発泡材料のアキュムレータブラダー４０への取り外せないような挿入による発泡充填によって、さらに補助され得る。

Claims (7)

1. 軸（２）を有するカッティングローラであって、前記軸上で、カッティングリング（４）は、軸受装置（１０、１２）によって回転可能に案内されており、前記軸受装置は、密封装置（２８、３０）によって環境に対して密閉されている、カッティングローラにおいて、
   補償装置（４０）によって、前記軸受装置（１０、１２）と前記環境との間の任意の圧力差が補償可能であり、
   前記補償装置は、弾性的に可撓性を有する分離要素（４０）を備えており、その内側は、前記環境の圧力で取り外せないように加圧されており、その外側は、加圧された状態で前記軸受装置（１０、１２）と接続され、
   前記分離要素は、エラストマ材料からなるアキュムレータブラダー（４０）を有しており、前記アキュムレータブラダー（４０）は、前記分離要素（４０）の内部と前記環境との間に媒体接続を確立する接続チャネル（４４）を有する保持装置（４２）によって固定された前記軸（２）に保持され、
   前記保持装置は、端部キャップ（４２）を有しており、前記接続チャネル（４４）は、前記端部キャップ（４２）の中央に開口しており、供給チャネル（４６）が、前記接続チャネル（４４）に接続されており、前記供給チャネル（４６）は、溝の形態で前記端部キャップの上部に挿入されている、ことを特徴とするカッティングローラ。
2. 軸（２）を有するカッティングローラであって、前記軸上で、カッティングリング（４）は、軸受装置（１０、１２）によって回転可能に案内されており、前記軸受装置は、密封装置（２８、３０）によって環境に対して密閉されている、カッティングローラにおいて、
   補償装置（４０）によって、前記軸受装置（１０、１２）と前記環境との間の任意の圧力差が補償可能であり、
   前記補償装置は、分離要素（４０）を備えており、前記分離要素（４０）は、前記軸（２）の空洞部（３２）内に収容されており、前記空洞部（３２）は、加圧された接続部（３８）を介して前記軸受装置（１０，１２）の少なくとも一部分と接続され、
   前記加圧された接続部は、少なくとも１つのクロスチャネル（３８）から成り、クロスチャネル（３８）の一端は、前記軸（２）の空洞部（３２）内に開口し、クロスチャネル（３８）の他端は、前記軸（２）からスペーサスリーブ（１８）の方向へ開口しており、前記スペーサスリーブは、両側において、前記軸受装置（１０、１２）の内側リング（１４、１６）に隣接している、ことを特徴とするカッティングローラ。
3. 前記軸受装置は、少なくとも２つの転がり軸受、特に、一対で相互作用するテーパ状ローラ軸受（１０、１２）を有しており、該転がり軸受の隙間及び／又は着座形状は、少なくとも部分的に前記加圧された接続部（３８）と接続されている、ことを特徴とする請求項２に記載のカッティングローラ。
4. 前記加圧された接続部は、少なくとも１つのクロスチャネル（３８）から成り、クロスチャネル（３８）の一端は、前記軸（２）の空洞部（３２）内に開口し、クロスチャネル（３８）の他端は、前記軸（２）からスペーサスリーブ（１８）の方向へ開口しており、前記スペーサスリーブは、両側において、前記軸受装置（１０、１２）の内側リング（１４、１６）に隣接している、ことを特徴とする請求項１に記載のカッティングローラ。
5. 前記軸受装置（１０、１２）対の外側リング（１５、１７）は、前記軸（２）上で回転可能に、カッティングリング（４）に接続されており、前記カッティングリング（４）の回転軸（６）に平行に、スペーサスリーブ（１８）の長さに等しい、又は、好ましくは、前記スペーサスリーブ（１８）の長さよりも長い間隔で、互いに軸方向に離間されている、ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のカッティングローラ。
6. 前記密封装置は、２つのシールリング（２８、３０）をそれぞれ有する、２つの対から成り、一方の対は、前記軸受装置（１０、１２）に面しており、他方の対は前記軸（２）に固定された端部（２０、２２）に面しており、少なくとも前記環境に対して前記軸受装置を密封する、ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載のカッティングローラ。
7. 掘削ヘッドを有するトンネル掘削機であって、前記掘削ヘッド上に、請求項１から請求項６の何れか１項に記載のカッティングローラ（２、４）が配置されている、ことを特徴とするトンネル掘削機。

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