WO1992018751A1

WO1992018751A1 - Tunnelvortriebsmaschine

Info

Publication number: WO1992018751A1
Application number: PCT/DE1992/000047
Authority: WO
Inventors: Gebhard Lehmann; Rolf Heerssen; Martin Herrenknecht
Original assignee: Herrenknecht Gmbh
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1992-01-25
Publication date: 1992-10-29
Also published as: US5437500A; DE4113208A1; DE59205869D1; EP0580585B1; EP0580585A1; DE4113208C2

Abstract

Eine Tunnelvortriebsmaschine zum Bohren eines Tunnels verfügt neben einem großen äußeren Schneidrad (8) über ein kleineres zentrales Schneidrad (17), das im Bereich der Nabe des äußeren Schneidrads (8) angeordnet ist und es dadurch gestattet, das Bilden von Bodenpfropfen und toten Kernen im Bereich der Längsachse des Schneidrades (8) zu vermeiden, so daß der Vortriebswiderstand der Tunnelvortriebsmaschine reduziert wird.

Description

Tunnelvσrtriebsmaschine

Die Erfindung betrifft eine Tunnelvortriebsmaschine zum Bohren eines Tunnels mit einem in das Erdreich vor- treibbaren Schild, in dem ein antreibbares und mit Abbauwerkzeugen ausgestattetes Schneidrad angeordnet ist.

Derartige Tunnelvortriebsmaschinen sind bekannt und verfügen über ein Schneidrad mit mehreren Schneidarmen, wobei das abgetragene Erdreich durch die Zwischenräume in den Schneidarmen in die Tunnelvortriebsmaschine gelangt und anschließend abtransportiert wird. Wegen der hohen auftretenden Kräfte ist der Nabenbereich des Schneidrades, von dem ausgehend sich die Schneidarme radial nach außen erstrecken, massiv und stabil ausge¬ bildet. Aus diesem Grunde muß im Bereich der Längsachse des Schneidrades abgebautes Erdmaterial in radialer Richtung des Schneidrades bis zu einem der Zwischen- räume zwischen den Schneidarmen des Schneidrades trans¬ portiert werden. Da außerdem im Zentrumsbereich des Schneidrades die Geschwindigkeit der dort vorhandenen Abbauwerkzeuge kleiner ist als die Geschwindigkeit der Werkzeuge, die auf einem größeren Radius umlaufen, ergibt sich häufig ein toter Kern im Bereich der Achse des Schneidrades, wobei es dort im wesentlichen zu einer Bodenverdrängung statt einem aktiven Abbau des Erdreiches kommt. Auf diese Weise wird durch die Bil¬ dung eines Erdpfropfens der Vortriebswiderstand der Tunnelvortriebsmaschine insbesondere bei bindigen Böden, wie Lehm und Ton, erhöht. Um das Ausweichen des Erdreiches im toten Kern des Schneidrades zu verbes¬ sern, hat man bereits Gleitschichten verwendet. Jedoch nutzen sich diese schnell ab, so daß ein zunächst geringer Vortriebswiderstand sich wegen der Abnutzung im zentralen Bereich des Schneidrades im Laufe der Zeit erhöht. Der erhöhte Vortriebswiderstand bei den bekann¬ ten Tunnelvortriebsmaschinen reduziert die Vortriebsge¬ schwindigkeit beim Tunnelbau und erfordert höhere Vortriebs!e stungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tunnel¬ vortriebsmaschine zu schaffen, die sich durch einen geringen Vortriebswiderstand auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Nabenbereich des Schneidrades ein gegenüber dem Schneidrad drehbarer, ebenfalls Abbauwerkzeuge aufwei¬ sender Zentrumsschneider mit einem zentralen Schneidrad angeordnet ist.

Mit Hilfe des zentralen Schneidrades des Zentrums¬ schneiders ist es möglich, im Bereich des toten Kerns unabhängig vom Abbau durch das größere Schne rad zu arbeiten. Dazu verfügt der Zentru εschneider über einen vo Schneidrad getrennten Antrieb für beide Drehrich¬ tungen. Um das Erdreich im toten Kern schnell und einfach abführen zu können, verfügt der Zentrumsschnei¬ der wenigstens über eine Eintrittsöffnung für das abzubauende Erdreich. Die Eintrittsöffnung mündet in einen Brecherraum, der als Konusbrecher mit mehreren Brechleisten ausgebildet ist, die einerseits auf der Nabe des zentralen Schneidrades und andererseits auf der Innenseite des Konusbleches des Konusbrechers angeordnet sind.

Um das in den Brecherräum eintretende Erdreich abzu¬ transportieren, sind Spül- und Absaugleitungen vorge¬ sehen.

Das zentrale Schneidrad des Zentrumsschneiders verfügt vorzugsweise über eine Felge, durch die ein zw sehen dem Zentrumsschneider und der Öffnung im zentralen Schneidrad für den Zentrumsschneider vorhandener Ring¬ spalt in Vortriebsrichtung abgedeckt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das zentrale Schneidrad des Zentrumsschneiders mit mehreren Ein¬ trittsöffnungen versehen, an deren Berandung jeweils Schälmesser oder sonstige Abbauwerkzeuge vorgesehen sind. Insbesondere ist es möglich, das zentrale Schneidrad mit mehreren in Vortriebsrichtung arbeiten- den Rollenmeißeln auszustatten. Entlang der Felge des zentralen Schneidrades des Zentrumsschneiders können Karbidaufträge vorgesehen sein.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfin- düng anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den vorderen Schildbereich einer Tunnelvot— triebsmaschine gemäß der Erfindung im Schnitt mit einer ausgebrochenen Teilansicht des Zentrumsschneiders,

Fig. 2 eine Ansicht auf die Tunnelvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 in einer Ansicht entgegen der Vortriebsrichtung,

Fig. 3 ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ausfüh¬ rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tunnel¬ vortriebsmaschine mit einem Roll nbohrwerk- zeuge aufweisenden Zentrumεschneider und

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht des Zentrumsschneiders in einer gegenüber den Fig. 2 und 3 etwas vergrößerten Darstellung.

In Fig. 1 erkennt man den am vorderen Teil einer Tun¬ nelvortriebsmaschine oder Tunnelbohrmaschi e für den Tunnelbau vorgesehenen Schild 1 im Längsschnitt. Der Schild 1 weist einen zylindrischen Schildmantel 2 auf, der an dem in Vortriebsrichtung weisenden vorderen Ende mit einer Schildschneide 3 versehen ist. Da die Fig. 2 nach rechts abgebrochen ist, sind in Fig. 1 weder der Sch ldschwanz des Schildes 1 noch die übrigen Teile der Tunnel ortriebsmaschine dargestellt.

Koaxial zum Schildmantel 2 erstreckt sich ein in axia- 1er Richtung gegenüber dem Schildmantel 2 kurzes Zen¬ trumsrohr 4. Das Zentrumsrohr 4 ist an seinem in Fig. 1 rechten Ende mit Hilfe einer Druckwand 5 und an seinem in Fig. 1 linken Ende mit Hilfe einer Tauchwand 6 befestigt. Sowohl die Druckwand 5 als auch die Tauch- wand 6 sind ringförmig ausgebildet, wobei der Außen¬ durchmesser des Ringes jeweils dem SchiIdmantelinnen- durchmesser und der Innendurchmesser des Ringes jeweils dem Zentrumsrohraußendurchmesser entspricht.

Die Tauchwand 6 ist mit einer in Fig. 1 unten darge¬ stellten Tauchwandöffnung 7 versehen, die in Fig. 2 in Ansicht zu erkennen ist.

In Fig. 2 erkennt man den bereits erwähnten Schildman- tel 2 und die Tauchwand 6, vor der in Vortriebsrichtung ein in den Fig. 1 und 2 dargestelltes äußeres Schneid¬ rad 8 angeordnet ist.

Das Schneidrad 3 verfügt über mehrere Schneidarme 9. Die Schneidarme 9 des äußeren Schneidrades 8 sind jeweils mit mehreren Abbauwerkzeugen 10 versehen, die beim Vortrieb der Tunnelvortriebsmaschine das Erdreich im Bereich der Ortsbrust abtragen, wobei dieses ver¬ mischt mit Wasser in die durch die Tauchwand 6 nach hinten begrenzte Abbaukammer 11 und über die Tauchwand- öffnung 7 in die Druckkammer 12 gelangt, von wo aus das mit Wasser vermischte Erdreich über eine Saugleitung 13 mit Hilfe einer Kreiselpumpe zu einer Separieranlage abgepumpt wird, die sich zum Beispiel über Tage befin¬ det. Um ein Verstopfen der Saugleitung 13 zu vermeiden, ist zum Beispiel die Tauchwandöffnung 7 mit einem aus mehreren Gitterstäben 14 bestehenden Gitter versehen.

Das Schneidrad 8 verfügt im Bereich seiner Nabe über eine Aufnahmeöffnung 15 zur Aufnahme eines beispiels- weise ähnlich einer Mikromaschine ausgebildeten Zen¬ trumsschneiders 16 mit einem zentralen Schneidrad 17.

Das äußere Schneidrad 8 ist an seiner von den Abbau¬ werkzeugen 10 wegweisenden Rückseite mit einem An- schlußflansch 18 versehen. Der Anschlußflansch 18 des äußeren Schneidrades 8 ist mit einem Abtriebs lansch 19 drehfest verbunden. Der Abtriebsflansch 19 ist Teil eines äußeren Schneidradantriebs 20, über den das äußere Schneidrad 8 sowohl rechtsdrehend als auch linksdrehend angetrieben werden kann. Dazu sind mehrere hydraulische oder elektrische Antriebsmotoren 21 voi— gesehen, die über in Untersetzungsgetriebegehäusen 22 untergebrachten Untersetzungsgetrieben mit Antriebs¬ ritzeln 23 gekoppelt sind, von denen in Fig. 1 eins dargestellt ist.

Das Antriebsritzel 23 ist im Hauptgetriebegehäuεe 24 der Tunnelvortriebsmaschine gelagert und über eine Ritzelwelle 65 mit dem Untersetzungsgetriebe des An- triebsmotorε 21 verbunden. Das Hauptgetriebegehäuse 24 verfügt über einen Getriebegehäuseinnenmantel 25, der als kurzes Rohrstück ausgebildet ist und sich zwischen einer ringförmigen vorderen Getriebegehäusewand 26 und einer hinteren Getriebegehäusewand 27 erstreckt. Wie man in Fig. 1 erkennt, ist das Hauptgetriebegehäuse 24 am Zentrumsrohr 4 befestigt. Entlang dem Zentrums¬ rohr 4 erstreckt sich ein Lager 28, wobei der Lager¬ außenring 29 fest mit dem Hauptgetriebegehäuse 24 und der Lagerinnenring 30 mit dem Antriebsflansch 19 fest verbunden ist. Der Lagerinnenring 30 verfügt über eine Verzahnung 31, in die die Zähne des Antriebsritzels 23 eingreifen.

Um zu verhindern, daß Material aus der Abbaukammer 11 in das Lager 28 eindringen kann, ist umlaufend um den Abtriebsflansch 19 eine Dichtung 32 vorgesehen, die aus einem Dichtungslaufring 33, einem Dichtungsträger 34, einem Dichtungspacket 35 und einem Klemmring 36 be- steht. Außerdem ist eine innere Dichtung 67 entlang dem Abtriebsflansch 19 und der vorderen Getriebegehäusewand 26 vorgesehen.

Eine in der Zeichnung nicht dargestellte Speisewasser- zuflußleitung gestattet es, Wasser oder eine Wasser¬ suspension in die Druckkammer 12 einzubringen, so daß diese beispielsweise bis zur halben Höhe dauernd mit Flüssigkeit gefüllt ist. Das mit Hilfe des äußeren Schneidrades 8 abgetragene Erdreich wird mit Hilfe der über die Wasserzuflußleitungen ∑ugeführten Flüssigkeit über die Saugleitung 13 abgeführt, wenn die Schneidarme 9 mit Hilfe der Antriebsmotoren 21 rechts oder links drehend während eines Vortriebs der Tunnelvortriebs¬ maschine gedreht werden.

Um zu vermeiden, daß sich im Nabenbereich des äußeren Schneidrades 8 ein toter Kern bildet, ist das bereits erwähnte zentrale Schneidrad 17 vorgesehen, das in Fig. 1 in einer ausgebrochenen Teilansicht und einer Schnittansicht sowie in Fig. 2 in einer Draufsicht entgegen der Vortriebsrichtung zu erkennen ist. Das zentrale Schneidrad 17 des Zentrumsschneiders 16 verfügt über eine gewölbte Stirnfläche 37, in der mehrere Eintrittsöffnungen 38 vorgesehen sind. Die in Fig. 2 erkennbaren Eintrittsöffnungen 38 erstrecken sich in radialer Richtung bis zu einer Felge 39. Zwi¬ schen den Eintrittsöffnungen 38 befinden sich breite Speichen 40.

Wie man in Fig. 2 erkennen kann, sind entlang den Eintrittsöffnungen 38 Abbauwerkzeuge 41, beispielsweise Schälmesser oder Rundschaftsmeißel vorgesehen.

Das zentrale Schneidrad 17 verfügt über eine Nabe 42, die in einem konusförmigen Brecherraum 43 hineinreicht und mit einem Antriebsteller 44 drehfest verbunden ist.

Entlang der Nabe 42 erstrecken sich im Innern des konusförmigen Brecherraums 43 mehrere innere Brech¬ leisten 45. Der Brecherraum 43 ist von einem Konusblech 46 umgeben, das mit einer Vielzahl von äußeren Brech¬ leisten 47 versehen ist. Auf diese Weise wird ein Steinbrecher für das durch die Eintrittεöffnungen 38 eindringende Erdreich gebildet. In Fig. 2 erkennt man ebenfalls die inneren Brechleisten 45 und die äußeren Brechleisten 47.

Das im so gebildeten Konusbrecher zerkleinerte Material verläßt den Brechraum 43 über einen Ringspalt 48, der mit einer sich durch den Antriebsteller 44 erstrecken- den Spül- oder Absaugleitung 49 in Verbindung steht.

Der Brecherraum 43 ist von einem Verteilerraum 50 für

Speisewasser umgeben, der in radialer Richtung bis zum

Gehäusemantel 51 des Zentrumsschneiders 16 und in axialer Richtung bis zu einer Rückwand 52 reicht. In der Rückwand 52 sind mehrere Mündungen von Speise¬ wasserleitungen 53 für Speisewasser vorgesehen, das den Verteilerraum 50 über Durchtritte 54 verläßt, so daß im Brecherraum 43 vorhandenes Material über den Ringspalt 48 und die Spül- und Absaugleitung 49 abtransportiert werden kann. Die Speise- oder Absaugleitung 49 kann sowohl Flüssigkeit zur Separieranlage als auch Speise- v/asser von der Separieranlage fördern.

Im Gehäusemantel 51 sind mehrere Antriebsmotoren 55 zum Antrieb des zentralen Schneidrades 17 vorgesehen. Wie man in Fig. 1 erkennt, verfügt der Antriebsteller 44 über einen Drehkranz 56, in den Ritzel 57 der Antriebs¬ motoren 55 eingreifen. Wie man in Fig. 1 weiter er- kennt, ist der Antriebsteller 44 mit Hilfe eines Lagers 58 gelagert, wobei eine vordere Dichtung 59 und hintere Dichtung 60 für die notwendige Dichtigkeiten sorgen. Die über den in der Aufnahmeöffnung 15 verbleibenden Ringspalt ragende Felge 39 hat ebenfalls eine Abdicht- Wirkung.

Fig. 3 zeigt den vorderen Teil einer Tunnelvortriebs- maschinε, die im wesentlichen dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Aufbau entspricht, wobei jedoch das zentrale Schneidrad 17 mit anderen als in den Fig. 1 und 2 dargestellten Abbauwerkzeugen versehen ist. Wie man in Fig. 3 erkennt, ist der dort dargestellte Zen¬ trumsschneider 16 mit Rollenbohrwerkzeugen 70 versehen, die auf einer scheibenförmigen Werkzeugträgerplatte 71 befestigt sind.

Die Werkzeugträgerplatte 71 ist in Fig. 4 in einer

Draufsicht zu erkennen. Außerdem erkennt man in Fig. 4 eine Mehrzahl von Verstärkungsrippen 72 sowie Räu - leisten 73. Bauteile, die mit denjenigen aus den Fig. 1 und 2 übereinstimmen, haben in den Fig. 3 und 4 die gleichen Bezugszeichen.

In Fig. 4 erkennt man ebenfalls eine Reihe von Karbid- auftragen 74 entlang dem Umfang der Felge 39 des zen¬ tralen Schneidrads 17.

Claims

Patentansprüche

1. Tunnelvortriebsmaschine zum Bohren eines Tunnels mit einem in das Erdreich vortreibbaren Schild, in dem ein antreibbares und mit Abbauwerkzeugen ausgestattetes Schneidrad angeordnet ist, d ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Nabenbereich (15) des Schneidrades (8) ein gegenüber dem Schneidrad (8) drehbarer, ebenfalls Abbauwerkzeuge (41, 70, 74) aufweisender Zen¬ trumsschneider (16) mit einem zentralen Schneid¬ rad (17) angeordnet ist.

2. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrumsschneider (16) über einen vom äußeren Schneidrad (8) getrennten

Antrieb (55, 56, 57) für beide Drehrichtungen verfügt.

3. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrumsschneider (16) wenigstens eine Eintrittsöffnung (38) für das abzubauende Erdreich aufweist, die in einen Brecherraum (43) mündet.

4. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brecherräum (43) als Konusbrecher mit mehreren Brechleisten (45, 47) ausgebildet ist, die einerseits auf der Nabe des zentralen Schneidrades (17) und andererseits auf der Innenseite des Konusbleches (46) des Konuε- brechers angeordnet sind.

5. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brecherraum (43) mit einer Spül- und Absaugleitung (49) verbunden ist.

6. Tunnelvortriebsmaschine nach einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Schneidrad (17) eine Felge (39) auf¬ weist, durch die ein zwischen dem Zentrumsschnei- der (16) und der Aufnahmeöffnung (15) im äußeren Schneidrad für den Zentrumsschneider (16) vorhan¬ dener Ringspalt in Vortriebsrichtung abgedeckt ist.

7. Tunnelvortriebsmaschine nach einem der vorstehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Schneidrad (17) des Zentrumsschneiders (16) mehrere Eintrittsöffnungen (38) aufweist, an deren Berandung Schälmesser (41) vorgesehen sind.

8. Tunnelvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem zentralen Schneidrad (17) des Zentrumsεchneiderε (16) mehrere in Vortriebsrichtung arbeitende Rollenmeißel (70) vorgesehen sind.

9. Tunnelvortriebsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Felge (39) des zentralen Schneidrades (17) des Zentrumsεchnei- derε (16) Karbidaufträge (74) vorgesehen sind.