WO2019234131A1 - Tunnelbohrmaschine und verfahren zum vortreiben eines tunnels - Google Patents

Tunnelbohrmaschine und verfahren zum vortreiben eines tunnels Download PDF

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WO2019234131A1
WO2019234131A1 PCT/EP2019/064732 EP2019064732W WO2019234131A1 WO 2019234131 A1 WO2019234131 A1 WO 2019234131A1 EP 2019064732 W EP2019064732 W EP 2019064732W WO 2019234131 A1 WO2019234131 A1 WO 2019234131A1
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mining
boring machine
tools
tunnel boring
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PCT/EP2019/064732
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Torsten WEISER
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Herrenknecht Aktiengesellschaft
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E21D9/112—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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    • E21C35/24—Remote control specially adapted for machines for slitting or completely freeing the mineral
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C39/00—Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools
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    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/108—Remote control specially adapted for machines for driving tunnels or galleries

Definitions

  • the invention relates to a tunnel boring machine according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for propelling a tunnel.
  • Such a tunnel boring machine is known from DE 10 201 1 114 830 B3.
  • This tunnel boring machine has a rotatable cutting wheel and has a number of cutting tools equipped with cutting rollers disposed on the cutting wheel at certain excavating tool positions.
  • sensor units there are a number of sensor units, with one sensor unit each assigned to a removal tool and configured to record the state of the relevant removal tool in the form of associated removal tool data.
  • a data processing device is provided, which is in communication with the Sensorein units to bring rotational states of the cutting rollers on a screen for display.
  • the invention has for its object to provide a tunnel boring machine of the type mentioned and a method for propelling a tunnel, which are characterized even with changing geology by a sufficiently reliable adherence to designed for maximum wear of mining toolsbericht sympat tervallen.
  • FIG. 1 in a side view in a simplified representation
  • FIG. 2 is a sectional view of an exemplary trained with a cutting roller removal tool for a Tunnelbohrmaschi ne according to the invention, in which a sensor unit comprises a load detection module,
  • FIG. 3 is a plan view of the mining tool according to FIG. 2 with a wear status detection module of the sensor unit;
  • FIG. 4 in a perspective view by way of example with a
  • Cutting roller trained removal tool for a tunnel boring machine in which a sensor is formed sorö with a rotational state detection module,
  • FIG. 5 shows a block diagram of a data processing device for a tunnel boring machine according to the invention, which is equipped with a propulsion planning unit, and FIG
  • Fig. 6 in a side view in a very simplified depicting the embodiment of a tunnel boring machine according to the invention according to Fig. 1 when driving up a driving distance in a geology with changing propulsion direction ratios and indicated tool exchange prediction levels.
  • FIG. 1 shows in a side view in a simplified representation an embodiment of a tunnel boring machine 103 according to the invention, which is equipped with a rotatable cutting wheel 106.
  • a number of mining tools 109 is mounted, in this embodiment, each dargestell te mining tool 109 for driving a tunneling section 112 in pending geology 115 for the removal of material at a forward drive direction in front of the cutting wheel 106 working face 118 with a cutting roller 121st Is provided.
  • a Sen sorrien 124 is assigned, which is adapted by means of a temperature detection module, not shown in Fig. 1 temperature and / or the state of the respective mining tool 109, for example, the state of wear and / or the rotational state of the cutting roller 121 of the mining tool 109 to detect in the form of ordered mining tool data.
  • the sensor units 124 are, for example, via a cable harness 127 and / or over a wireless signal path associated with a mining tool measurement data memory 130 having a removal tool data storage area 133 for each sensor unit 124. In each removal tool data storage area 133, the current state and expediently also the status history over a specific period of time can be detected for the assigned removal tool 109.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 1 is designed with a rotary encoder 136, by means of which a rotational speed embossed onto the cutting wheel 106 can be detected by a cutting wheel drive 139 via a cutting wheel gear 142.
  • the speed sensor 136 is connected via a cable connection 145 and / or via a wireless Signalstre bridge with a Vortriebsmesswill arrived 148 in connection with which the current speed and, advantageously, the rotational payment history over a certain period can be detected.
  • FIG. 1 further comprises a rotary torque sensor 151 is provided which is in operative connection with the Schneidradantrieb 139 and with which the torque is detected, with which the cutting wheel 106 is acted upon.
  • the Drehmomentge ber 151 is connected via a further cable connection 154 and / or via a wireless signal path with the Vortriebsmesswill Eat 148 in connection with the continue the current torque and advantageously also the torque history over a certain period be detected.
  • FIG. 1 for data acquisition of the conditions in a disassembly chamber 157 via a arranged in the excavation chamber 157 degradation chamber pressure transmitter 160, which is connected via a further cable connection 163 and / or via a wireless signal path with the Vortriebsmesswill Eat 148 in connection with the the current pressure and moderately, the print history over a certain period of time is detected.
  • the mining tool measurement data memory 130 and the excavation measurement data memory 148 are connected to a data processing device, not shown in detail in FIG. 1, which is explained in more detail below, in a cable-free or cable-connected manner.
  • pairs of propulsion presses 166 are shown which are held in a press bearing ring 169 and which, when a propulsion section 112 is driven, are provided with segments 172 provided for lining a tunnel supported to press the cutting wheel 106 against the working face 118.
  • Fig. 2 shows a sectional view by way of example with a cutting roll 121 formed removal tool 109 for a tunnel boring machine 103 according to the invention.
  • the removal tool 109 is equipped with a cutting roller housing 203, by means of the ei ne arrangement on both sides of the cutting roller 121 from a via a clamping screw 206, which is based on an abutment piece 209 from bracing clamping wedge 212 and a bearing block 215 by connecting bolts 218 with a clamping element 221 designed in the manner of a C, which is formed with a sensor housing 222, is in communication, a cutting roller axis 224 can be fixed against rotation at the end.
  • the sensor housing 222 takes on an embodiment of a sensor unit 227, which in particular with a load sensor 230 and with a
  • Load transmitter 233 is equipped as components of a load detection module 236.
  • a mechanical deformation Ver deformation of a strain gauge or an expansion sleeve working border load sensor 230 is the acting on the cutting roller axis 224 an acting mechanical load detectable.
  • FIG. 3 shows a plan view of the removal tool 109 according to FIG. 2 with the sensor unit 227, which is additionally or alternatively formed to the load detection module 236 with a wear state detection module 303.
  • the wear condition detection module 303 for example, by measuring a distance to a cutting edge 306 of the cutting roller 121 as the highest and thus for the degree of wear of the cutting roller 121 characteristic region by means of a distance sensor 309 as a compo nent of the wear condition detection module 303, the wear state of the cutting roller 121 detected and via a distance transmitter 312 as a further component of the Verschl disposSullivansdetekti onsmodul 303 the degradation tool measurement data storage 130 a fed.
  • Fig. 4 shows in a perspective view, for example, from a construction tool 109 for a tunnel boring machine 103 according to the invention, which is similar to the above-mentioned mining tools 109 equipped with a cutting roller 121 and wherein the sensor unit 227 onsmodul addition or alternatively to a Lastdetekti 236 and or to a VerschleissSprsdetektionsmo module 303 is formed with a rotation state detection module 403.
  • Drehzu stand detection module 403 With the working without contact in this embodiment Drehzu stand detection module 403, the rotational state of the cutting roller 121 in particular to detectable and the mining plant zeugmesswill Eat 130 wirelessly or at least partially ka belan fed, whether the cutting roller 121 at all, and if so at what speed rotates.
  • 5 shows, for a tunnel boring machine 103 according to the invention, in a block diagram, an example of an embodiment of a data processing device 503 that is equipped with a drive planning unit 506.
  • a tool management central module To a tool
  • the reduction tool data storage 130 and the Vortriebsmesschal memory 148 are on the one hand, the reduction tool data storage 130 and the Vorretesmesschal memory 148 and on the other hand, a geodata memory 512 is connected.
  • the tool management central module 509 are on the one hand frame parameters for a current propulsion as diameter of the cutting wheel 106 and characteristic data for the mining tools 109 such as type, state at installation and position after installation and the other on the type of so-called change logs read from the removal tool data storage 130, can be stored with a time stamped removal tool data.
  • a feed line 112 to be approached is characterized by geodesics obtained, for example, by a preliminary exploration of the geological analysis of cores and, in particular, the nature and sequence of the geology anticipated in the direction of advance of the tunnel boring machine 103.
  • the tool management central module 509 communicates with a data processing module 515 and a life prediction module 518 as further components of the propulsion planning unit 506, the data processing module 515 and the life prediction module 518 also being in communication with each other.
  • an experience value memory 521 in the empirical values from earlier Propulsors can be stored in different geologies, including the geology expected for a current propulsion, and a correction parameter memory 524 in which correction parameters are stored for use with a current propulsion.
  • the propulsion planning unit 506 is equipped with a comparison module 527 which, on the one hand, has the service life prediction module 518 and, on the other hand, a maintenance plan memory 530 of the propulsion planning unit 506, which is expediently also available for updating at given times, in particular when tool change prediction levels are reached
  • Central tool management module 509 is connected to a warning / alarm generator 533 of the data processing device 503 and a parallel arrangement of a Kirintervallprogno semoduls 536 and a Laufmeterforgnosemoduls 539 of the drive planning unit 506 in connection.
  • the parallel arrangement of the change interval prediction module 536 and the running meter prediction module 539 is furthermore connected to a change suggestion processing module 542 of the drive planning unit 506, which is furthermore connected to a demand adjustment module 545 of the data processing device 503.
  • the data processing device 503 operates essentially as explained below.
  • the data processing module 515 With the data processing module 515, the data from the tool management central module 509, the empirical value memory 521 and the correction parameter memory 524 are stored in such a way that workable that with the life prediction module 518 the Gleichsmodul 527 einspeisbare, very realistic target data as thus very reliable quasi-actual data on the basis of aktu ellen degradation tool data and an assumed course of the future phases of propulsion the expected remaining life of the mining tools 109th are determinable.
  • the quasi-actual data according to reali tuschsnahem predetermining from the life prediction module 518 with the respective propulsion point associated target data according to In terpolationsprognosen between negligence wrestling-prognoseebenen from the maintenance plan memory 530 is comparable to the effect that on the one hand in non-tolerable, even below Correction measures of propulsion parameters that can not be remedied are able to be output via the warning / alarm generator 533 and, in the event of tolerances that are still tolerable, in an automated self-learning mode the correction parameter memory 524 can be generated with correction data via the correction parameter memory 524 and the data processing module 515 can be generated with the life prediction module 518 new quasi-actual data, which lead to a smaller deviation of the quasi-actual data to the desired data.
  • suggestion data can be generated with the change interval prediction module 536 in such a way that propulsion parameters of the tunnel boring machine 103, such as the rotational speed of the cutting wheel 106 and / or the torque applied to the cutting wheel 106, are adapted in such a way that, in particular, ratios deviate from those in the geodesics Geology at least the next horrinsky at least the next horrinsky is preferably achieved in the sense optimally striglis s removal tools 109 that at the next horriliagnoseebene mining tools 109 are replaced due to complete wear and not completely worn removal tools 109 are installed at each new mining tool positions so that after suchi - To change positions only partially worn removal tools 109 reach at least the next but one tool change prediction level to complete wear.
  • the future future demand of removal tools 109 at tool change prediction levels can still be estimated, and upon shouting the inventory of available new removal tools 109 for replacement with completely worn removal tools 109 via the warning / alarm generator 533, a warning message to raise the inventory of new mining tools 109 until the next tool change prediction level.
  • Fig. 6 shows in a side view in a very simplified Dar position, the embodiment of a tunnel boring machine 103 according to the invention of FIG.

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Abstract

Bei einer Tunnelbohrmaschine (103) mit einem Schneidrad (106), das mit einer Anzahl von mit Sensoreinheiten versehenen Abbauwerkzeugen (109) bestückt ist, und bei einem Verfahren zum Vortreiben eine Tunnels lässt sich über eine mit einer Vortriebsplanungseinheit (506) ausgebildete Datenverarbeitungseinrichtung (503) durch Erfassen des aktuellen Zustands der Abbauwerkzeuge (109) sowie eine Prognose des Zustands der Abbauwerkzeuge (109) an in Vortriebsrichtung liegenden Werkzeugwechselprognoseebenen (615 bis 630) der Austausch nur von im Wesentlichen vollständig verschlissenen Abbauwerkzeugen (109) erreichen. Dies führt zu einer verhältnismäßig hohen Wirtschaftlichkeit des Vortriebs.

Description

Tunnelbohrmaschine
und
Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels
Die Erfindung betrifft eine Tunnelbohrmaschine gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels.
Eine derartige Tunnelbohrmaschine ist aus DE 10 201 1 114 830 B3 bekannt. Diese Tunnelbohrmaschine verfügt über ein drehbares Schneidrad und weist eine Anzahl von mit Schneidrollen ausgestat- teten Abbauwerkzeugen auf, die an dem Schneidrad an bestimmten Abbauwerkzeugpositionen angeordnet sind. Weiterhin ist eine An zahl von Sensoreinheiten vorhanden, wobei eine Sensoreinheit je weils einem Abbauwerkzeug zugeordnet und dazu eingerichtet ist, den Zustand des betreffenden Abbauwerkzeugs in Gestalt von zu- geordneten Abbauwerkzeugdaten zu erfassen. Weiterhin ist eine Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen, die mit den Sensorein heiten in Verbindung steht, um Drehzustände der Schneidrollen auf einem Bildschirm zur Anzeige zu bringen. Aus EP 2 578 797 A1 ist ein Verfahren zum Verwalten von Bohrge stängen, Bohrwerkzeugen, Bohrloch-Verrohrungen und dergleichen für Erdbohrungen bekannt, bei dem in einem elektronischen Daten verarbeitungssystem Informationen über den Bestand und den aktu ellen Ablageort von in ein Bohrloch einzubringenden Teilen sowie Informationen über die Einbauposition und/oder Einbaureihenfolge von allen in das Bohrloch eingebrachten Teilen gespeichert werden. Dadurch lässt sich eine automatische Lager-, Zuführ- und Rückla ger-Einrichtung effizient steuern. Aus JPH 10140981 A ist ein Verfahren zum Detektieren des Ver schleißes von Schneidrollen für Abbauwerkzeuge einer Tunnel bohrmaschine bekannt, um eine relativ hohe Betriebszuverlässigkeit der T unnelbohrmaschine zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tunnelbohrmaschine der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels anzugeben, die sich auch bei wechselnder Geologie durch ein hinreichend verlässliches Einhalten von auf einen maximalen Verschleiß von Abbauwerkzeugen ausgelegten Werkzeugwechselin tervallen auszeichnen.
Diese Aufgabe wird bei einer Tunnelbohrmaschine der eingangs ge- nannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Vortreiben eines Tun nels mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Tunnelbohrmaschine und bei dem Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels zum Bestimmen des Zustands von Abbauwerkzeugen, nämlich insbesondere den Betriebszustand, charakterisiert beispielsweise durch eine Tempera- tur oder bei mit Schneidrollen ausgestatteten Abbauwerkzeugen den Drehzustand der Schneidrollen, und/oder den Verschleißzustand, charakterisiert beispielsweise durch eine verbleibende Reststärke eines Abbauwerkzeugs, Abbauwerkzeugdaten abbauwerkzeugspe zifisch erfasst und zusammen mit Geodäten zu der aufzufahrenden Vortriebsstrecke mittels einer Vortriebsplanungseinheit dahingehend verarbeitet werden, dass mit den bestimmten Vortriebsparametern Werkzeugwechselprognoseebenen mit entweder an einer Werk zeugwechselprognoseebene weitgehend oder bevorzugt zumindest teilweise vollständig verschlissenen und damit auszutauschenden Abbauwerkzeugen oder mit lediglich teilverschlissenen, nach einem Wechsel der Abbauwerkzeugposition für das Erreichen der nächsten Werkzeugwechselprognoseebene aber noch tauglichen Abbauwerk- zeugen erreicht werden, ergibt sich bei relativ günstigen Betriebs kosten eine verhältnismäßig hohe Zuverlässigkeit.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen stand der abhängigen Ansprüche.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen der Erfindung mit Bezug auf die Figuren der Zeich nung.
Es zeigen:
Fig. 1 in einer Seitenansicht in einer vereinfachten Darstellung ein
Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmaschine gemäß der Erfindung,
Fig. 2 in einer Schnittansicht beispielhaft ein mit einer Schneidrolle ausgebildetes Abbauwerkzeug für eine Tunnelbohrmaschi ne gemäß der Erfindung, bei dem eine Sensoreinheit ein Lastdetektionsmodul aufweist,
Fig. 3 in einer Draufsicht das Abbauwerkzeug gemäß Fig. 2 mit einem Verschleißzustandsdetektionsmodul der Sensorein heit,
Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht beispielhaft ein mit einer
Schneidrolle ausgebildetes Abbauwerkzeug für eine Tun nelbohrmaschine gemäß der Erfindung, bei dem eine Sen- soreinheit mit einem Drehzustandsdetektionsmodul ausge bildet ist,
Fig. 5 in einem Blockschaubild beispielhaft eine Datenverarbei tungseinrichtung für eine Tunnelbohrmaschine gemäß der Erfindung, die mit einer Vortriebsplanungseinheit ausgestat tet ist, und
Fig. 6 in einer Seitenansicht in einer sehr vereinfachten Darstel lung das Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmaschine gemäß der Erfindung nach Fig. 1 beim Auffahren einer Vor triebsstrecke in einer Geologie mit in Vortriebsrichtung wechselnden Verhältnissen und angedeuteten Werkzeug wechselprognoseebenen.
Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht in einer vereinfachten Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmaschine 103 gemäß der Erfindung, die mit einem drehbaren Schneidrad 106 ausgestattet ist. An dem Schneidrad 106 ist eine Anzahl von Abbauwerkzeugen 109 angebracht, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel jedes dargestell te Abbauwerkzeug 109 zum Auffahren einer Vortriebsstrecke 112 in anstehender Geologie 115 für den Abbau von Material an einer in Vortriebsrichtung vor dem Schneidrad 106 liegenden Ortsbrust 118 mit einer Schneidrolle 121 ausgestattet ist.
Jedem Abbauwerkzeug 109 gemäß der Erfindung ist eine Sen soreinheit 124 zugeordnet, die dazu eingerichtet ist, mittels eines in Fig. 1 nicht dargestellten Temperaturdetektionsmoduls die Tempera tur und/oder den Zustand des betreffenden Abbauwerkzeugs 109, beispielsweise den Verschleißzustand und/oder den Drehzustand der Schneidrolle 121 des Abbauwerkzeugs 109, in Gestalt von zu geordneten Abbauwerkzeugdaten zu erfassen. Die Sensoreinheiten 124 stehen beispielsweise über einen Kabelbaum 127 und/oder über eine drahtlose Signalstrecke mit einem Abbauwerkzeugmessdaten speicher 130 in Verbindung, der für jede Sensoreinheit 124 einen Abbauwerkzeugdatenspeicherbereich 133 aufweist. In jedem Ab bauwerkzeugdatenspeicherbereich 133 ist für das zugeordnete Ab- bauwerkzeug 109 der aktuelle Zustand und zweckmäßigerweise auch die Zustandshistorie über einen bestimmten Zeitraum erfass bar.
Weiterhin ist das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit einem Dreh- zahlgeber 136 ausgebildet, mit dem durch einen Schneidradantrieb 139 über ein Schneidradgetriebe 142 eine dem Schneidrad 106 auf geprägte Drehzahl erfassbar ist. Der Drehzahlgeber 136 steht über eine Kabelverbindung 145 und/oder über eine drahtlose Signalstre cke mit einem Vortriebsmessdatenspeicher 148 in Verbindung, mit dem die aktuelle Drehzahl und zweckmäßigerweise auch die Dreh zahlhistorie über einen bestimmten Zeitraum erfassbar ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist weiterhin ein Dreh momentgeber 151 vorhanden, der mit dem Schneidradantrieb 139 in Wirkverbindung steht und mit dem das Drehmoment erfassbar ist, mit dem das Schneidrad 106 beaufschlagt ist. Der Drehmomentge ber 151 steht über eine weitere Kabelverbindung 154 und/oder über eine drahtlose Signalstrecke mit dem Vortriebsmessdatenspeicher 148 in Verbindung, mit dem weiterhin das aktuelle Drehmoment und zweckmäßigerweise auch die Drehmomenthistorie über einen be stimmten Zeitraum erfassbar ist.
Weiterhin verfügt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zur Daten erfassung der Verhältnisse in einer Abbaukammer 157 über einen in der Abbaukammer 157 angeordneten Abbaukammerdruckgeber 160, der über eine weitere Kabelverbindung 163 und/oder über eine drahtlose Signalstrecke mit dem Vortriebsmessdatenspeicher 148 in Verbindung steht, mit dem weiterhin der aktuelle Druck und zweck- mäßigerweise auch die Druckhistorie über einen bestimmten Zeit raum erfassbar ist.
Der Abbauwerkzeugmessdatenspeicher 130 und der Vortriebs- messdatenspeicher 148 stehen mit einer in Fig. 1 nicht dargestellten, weiter unten näher erläuterten Datenverarbeitungseinrichtung kabel los oder kabelgebunden in Verbindung.
Schließlich sind in der vereinfachten Darstellung eines Ausführungs- beispiels einer Tunnelbohrmaschine 103 gemäß der Erfindung aus Gründen der Anschaulichkeit noch Paare von Vortriebspressen 166 dargestellt, die in einem Pressenlagerring 169 gehalten sind und die sich beim Auffahren einer Vortriebsstrecke 112 an zum Auskleiden eines Tunnels vorgesehenen Tübbingen 172 abstützen, um das Schneidrad 106 gegen die Ortsbrust 118 anzudrücken.
Fig. 2 zeigt in einer Schnittansicht beispielhaft ein mit einer Schneid rolle 121 ausgebildetes Abbauwerkzeug 109 für eine Tunnelbohrma schine 103 gemäß der Erfindung. Das Abbauwerkzeug 109 ist mit einem Schneidrollengehäuse 203 ausgestattet, mittels dem über ei ne Anordnung beidseitig der Schneidrolle 121 aus einem über eine Spannschraube 206, die sich an einem Widerlagerstück 209 ab stützt, verspannbaren Klemmkeil 212 und aus einem Lagerblock 215, der durch Verbindungsschrauben 218 mit einem C-artig ausge- bildeten Klemmelement 221 , das mit einem Sensorgehäuse 222 ausgebildet ist, in Verbindung steht, eine Schneidrollenachse 224 endseitig verdrehsicher fixierbar ist.
Das Sensorgehäuse 222 nimmt eine Ausführung einer Sensoreinheit 227 auf, die insbesondere mit einem Lastsensor 230 und mit einem
Lastsender 233 als Komponenten eines Lastdetektionsmoduls 236 ausgestattet ist. Mit dem beispielsweise über eine mechanische Ver formung eines Dehnmessstreifens oder einer Dehnmesshülse arbei- tenden Lastsensor 230 ist die auf die Schneidrollenachse 224 ein wirkende mechanische Last erfassbar. Die von dem Lastsensor 230 aufgenommenen Daten sind über den Lastsender 233 dem Abbau werkzeugmessdatenspeicher 130 kabellos oder wenigstens teilweise kabelgebunden einspeisbar.
Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht das Abbauwerkzeug 109 gemäß Fig. 2 mit der Sensoreinheit 227, die zusätzlich oder alternativ zu dem Lastdetektionsmodul 236 mit einem Verschleißzustandsdetektions modul 303 ausgebildet ist. Mit dem Verschleißzustandsdetektions modul 303 ist beispielsweise über das Messen eines Abstandes zu einer Schneidkante 306 der Schneidrolle 121 als erhabensten und damit für den Abnutzungsgrad der Schneidrolle 121 charakteristi schen Bereich mittels eines Abstandssensors 309 als einer Kompo nente des Verschleißzustandsdetektionsmoduls 303 der Verschleiß zustand der Schneidrolle 121 erfassbar und über einen Abstands sender 312 als weitere Komponente des Verschleißzustandsdetekti onsmodul 303 dem Abbauwerkzeugmessdatenspeicher 130 ein speisbar.
Fig. 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht beispielhaft ein Ab bauwerkzeug 109 für eine Tunnelbohrmaschine 103 gemäß der Er findung, das den voranstehend erläuterten Abbauwerkzeugen 109 ähnelnd mit einer Schneidrolle 121 ausgestattet ist und bei dem die Sensoreinheit 227 ergänzend oder alternativ zu einem Lastdetekti onsmodul 236 und/oder zu einem Verschleißzustandsdetektionsmo dul 303 mit einem Drehzustandsdetektionsmodul 403 ausgebildet ist. Mit dem bei dieser Ausführung berührungsfrei arbeitenden Drehzu standsdetektionsmodul 403 ist der Drehzustand der Schneidrolle 121 insbesondere dahingehend erfassbar und dem Abbauwerk zeugmessdatenspeicher 130 kabellos oder wenigstens teilweise ka belgebunden einspeisbar, ob sich die Schneidrolle 121 überhaupt, und wenn ja mit welcher Drehzahl, dreht. Fig. 5 zeigt für eine Tunnelbohrmaschine 103 gemäß der Erfindung in einem Blockschaubild beispielhaft eine Ausführung einer Daten verarbeitungseinrichtung 503, die mit einer Vortriebsplanungseinheit 506 ausgestattet ist. An ein Werkzeugbewirtschaftungszentralmodul
509 der Vortriebsplanungseinheit 506 sind zum einen der Abbau werkzeugmessdatenspeicher 130 sowie der Vortriebsmessdaten speicher 148 und zum anderen ein Geodatenspeicher 512 ange schlossen.
In dem Werkzeugbewirtschaftungszentralmodul 509 sind zum einen Rahmenparameter für einen aktuellen Vortrieb wie Durchmesser des Schneidrads 106 sowie charakteristische Daten für die Abbauwerk zeuge 109 wie Art, Zustand bei Einbau sowie Position nach Einbau und zum anderen nach Art von sogenannten Wechselprotokollen die aus dem Abbauwerkzeugmessdatenspeicher 130 eingelesenen, mit einem Zeitstempel versehenen Abbauwerkzeugdaten abspeicherbar.
In dem Geodatenspeicher 512 sind für eine aufzufahrende Vor- triebsstrecke 112 charakteristische Geodäten, die beispielsweise durch eine Vorauserkundung über die geologische Analyse von Bohrkernen gewonnen worden sind und insbesondere die Art sowie Abfolge der in Vortriebsrichtung vor der Tunnelbohrmaschine 103 erwartungsgemäß liegenden Geologie umfassen.
Das Werkzeugbewirtschaftungszentralmodul 509 steht mit einem Datenaufarbeitungsmodul 515 und mit einem Standzeitvorhersage modul 518 als weiteren Komponenten der Vortriebsplanungseinheit 506 in Verbindung, wobei das Datenaufarbeitungsmodul 515 und das Standzeitvorhersagemodul 518 ebenfalls miteinander in Verbin dung sind. An das Datenaufarbeitungsmodul 515 sind als weitere Komponenten der Vortriebsplanungseinheit 506 zum einen ein Er fahrungswertspeicher 521 , in dem Erfahrungswerte aus früheren Vortrieben in unterschiedlichen Geologien einschließlich der für ei nen aktuellen Vortrieb erwarteten Geologie abspeicherbar sind, und ein Korrekturparameterspeicher 524, in dem Korrekturparameterwer te zur Verwendung für einen aktuellen Vortrieb abspeicherbar sind, angeschlossen.
Weiterhin ist die Vortriebsplanungseinheit 506 mit einem Ver gleichsmodul 527 ausgestattet, das zum einen mit dem Standzeit vorhersagemodul 518 und zum anderen mit einem Wartungsplan- Speicher 530 der Vortriebsplanungseinheit 506, der zum Aktualisie ren zu gegebenen Zeitpunkten wie insbesondere beim Erreichen von Werkzeugwechselprognoseebenen zweckmäßigerweise ebenfalls mit dem Werkzeugbewirtschaftungszentralmodul 509 verbunden ist, einem Warn/Alarmgenerator 533 der Datenverarbeitungseinrichtung 503 und einer parallelen Anordnung eines Wechselintervallprogno semoduls 536 sowie eines Laufmeterprognosemoduls 539 der Vor triebsplanungseinheit 506 in Verbindung steht.
Die parallele Anordnung aus dem Wechselintervallprognosemodul 536 und dem Laufmeterprognosemodul 539 steht weiterhin mit ei nem Wechselvorschlagsaufarbeitungsmodul 542 der Vortriebspla nungseinheit 506 in Verbindung, welches weiterhin mit einem Be- darfsabgleichmodul 545 der Datenverarbeitungseinrichtung 503 in Verbindung steht.
Bei einem Vortrieb der oben beispielhaft in ihren wichtigsten Kom ponenten erläuterten Tunnelbohrmaschine 103 gemäß der Erfindung zum Auffahren einer Vortriebsstrecke 112 arbeitet die Datenverar beitungseinrichtung 503 im Wesentlichen wie nachfolgend erläutert.
Mit dem Datenaufarbeitungsmodul 515 sind die Daten aus dem Werkzeugbewirtschaftungszentralmodul 509, dem Erfahrungswert speicher 521 und dem Korrekturparameterspeicher 524 derart auf- arbeitbar, dass mit dem Standzeitvorhersagemodul 518 dem Ver gleichsmodul 527 einspeisbare, sehr realitätsnahe Soll-Daten als somit sehr verlässliche Quasi-Ist-Daten auf der Grundlage der aktu ellen Abbauwerkzeugdaten und einem angenommenen Verlauf der zukünftigen Phasen des Vortriebs die voraussichtlich verbleibende Standzeit der Abbauwerkzeuge 109 bestimmbar sind.
Mit dem Vergleichsmodul 527 sind die Quasi-Ist-Daten gemäß reali tätsnahem Vorbestimmen aus dem Standzeitvorhersagemodul 518 mit der jeweiligen Vortriebstelle zugeordneten Soll-Daten gemäß In terpolationsprognosen zwischen Werkzeugwechselprognoseebenen aus dem Wartungsplanspeicher 530 dahingehend vergleichbar, dass zum einen bei nicht tolerablen, auch durch weiter unten näher erläu terte Korrekturmaßnahmen von Vortriebsparametern nicht behebba- re Abweichungen über den Warn/Alarmgenerator 533 ein So fortalarm ausgebbar ist und zum anderen bei noch tolerablen Abwei chungen in einem automatisierten Selbstlernmodus dem Korrektur parameterspeicher 524 einspeisbare Korrekturdaten generierbar sind, mit denen über den Korrekturparameterspeicher 524 und das Datenaufarbeitungsmodul 515 mit dem Standzeitvorhersagemodul 518 neue Quasi-Ist-Daten erzeugbar sind, die zu einer geringeren Abweichung der Quasi-Ist-Daten zu den Soll-Daten führen.
Mit dem Wechselintervallprognosemodul 536 und dem Laufmeter- prognosemodul 539 sind auf der Grundlage von Ausgangsdaten des Vergleichsmoduls 527 zum einen Vorschläge für ein Einplanen von Wechselintervallen zum Positionswechsel an eine neue Abbauwerk zeugposition beziehungsweise Austausch von Abbauwerkzeugen 109 gegen neue Abbauwerkzeuge 109 bei bestimmten vorhergesag- ten Laufmetern erzeugbar und dem Wechselvorschlagsaufarbei tungsmodul 542 einspeisbar, mit dem konkrete Anweisungen für bei wenigstens der nächsten Werkzeugwechselprognoseebene durch zuführende Arbeiten erzeugbar und anzeigbar sind. Weiterhin lassen sich mit dem Wechselintervallprognosemodul 536 Vorschlagsdaten dahingehend erzeugen, dass Vortriebsparameter der Tunnelvortriebsmaschine 103 wie die Drehzahl des Schneidrads 106 und/oder das das Schneidrad 106 beaufschlagende Drehmo ment dahingehend angepasst werden, dass insbesondere auch bei sich gegenüber den Geodäten abweichenden Verhältnissen in der zu durchfahrenden Geologie zumindest die nächste Werkzeugwech selprognoseebene vorzugsweise mit in dem Sinne optimal verschlis- senen Abbauwerkzeugen 109 erreicht wird, dass an der nächsten Werkzeugwechselprognoseebene Abbauwerkzeuge 109 aufgrund vollständigen Verschleißes ausgetauscht werden und noch nicht vollständig verschlissene Abbauwerkzeuge 109 an jeweils neuen Abbauwerkzeugpositionen so eingebaut werden, dass nach derarti- gen Positionswechseln nur teilweise verschlissene Abbauwerkzeuge 109 bis zum vollständigen Verschleiß zumindest die übernächste Werkzeugwechselprognoseebene erreichen.
Durch die Verbindung des Wechselvorschlagsaufarbeitungsmoduls 542 mit dem Bedarfsabgleichmodul 545 lässt sich weiterhin der vo raussichtliche zukünftige Bedarf von Abbauwerkzeugen 109 an Werkzeugwechselprognoseebenen abschätzen und bei Unterschrei ten des Bestandes an verfügbaren neuen Abbauwerkzeugen 109 zum Austausch mit vollständig verschlissenen Abbauwerkzeugen 109 über den Warn/Alarmgenerator 533 eine Warnmeldung zum Er höhen des Bestandes an neuen Abbauwerkzeugen 109 bis zur nächsten Werkzeugwechselprognoseebene auslösen.
Bei Erreichen von Werkzeugwechselprognoseebenen ist es zweck- mäßig, über das Werkzeugbewirtschaftungszentralmodul 509 den Wartungsplanspeicher 530 dahingehend zu aktualisieren, dass nach Wechsel und/oder Austausch von Abbauwerkzeugen 109 dem War tungsplanspeicher 530 die dann tatsächliche Bestückung des Schneidrads 106 mit Abbauwerkzeugen 109 in dem jeweiligen Zu stand an den entsprechenden Abbauwerkzeugpositionen einspei cherbar ist. Fig. 6 zeigt in einer Seitenansicht in einer sehr vereinfachten Dar stellung das Ausführungsbeispiel einer Tunnelbohrmaschine 103 gemäß der Erfindung nach Fig. 1 beim Auffahren einer Vortriebs strecke 112 unterhalb einer Erdoberfläche in anstehender Geologie 115 mit in Vortriebsrichtung wechselnden Verhältnissen, symbolisch dargestellt durch mit unterschiedlichen Symbolen befüllte Vortriebs abschnitte 603, 606, 609 und mit senkrecht ausgerichteten, durch gestrichelte Linien angedeutete Werkzeugwechselprognoseebenen 615, 618, 621 , 624, 627, 630, wie sie durch die Vortriebsplanungs einheit 506 zu dem Stand des Vortriebs in der Darstellung gemäß Fig. 6 vorbestimmt worden sind.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 6 ist ersichtlich, dass die Werk zeugwechselprognoseebenen 615, 618, 621 , 624, 627, 630 in be züglich der Geologie unterschiedlichen harten Vortriebsabschnitten 603, 606, 609 unterschiedlich beabstandet sind, so dass gemäß der
Erfindung, wie weiter oben näher erläutert, die Zeitpunkte für einen Wechsel und/oder Austausch von Abbauwerkzeugen 109 relativ ge nau einplanbar sind. Dadurch erhöht sich die Wirtschaftlichkeit des Vortriebs gegenüber auf Erfahrungswerten basierenden Schätzun- gen erheblich.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Tunnelbohrmaschine mit einem drehbaren Schneidrad (106), mit einer Anzahl von Abbauwerkzeugen (109), die an be stimmten Abbauwerkzeugpositionen an dem Schneidrad (106) angebracht sind, mit einer Anzahl von Sensoreinheiten (124), wobei eine Sensoreinheit (124) jeweils einem Abbauwerkzeug (109) zugeordnet und dazu eingerichtet ist, den Zustand des betreffenden Abbauwerkzeugs (109) in Gestalt von zugeord neten Abbauwerkzeugdaten zu erfassen, und mit einer Da tenverarbeitungseinrichtung (503), die mit den Sensoreinhei ten (124) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Sensoreinheit (124) ein Abbauwerkzeugdaten- Speicherbereich (133) vorhanden ist, in den die einem be stimmten Abbauwerkzeug (109) zugeordneten Abbauwerk zeugdaten aus der dem betreffenden Abbauwerkzeug (109) zugeordneten Sensoreinheit (124) einspeicherbar sind, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (503) einen Geodatenspei- eher (512) aufweist, in dem für eine in einer Vortriebsrichtung aufzufahrende Vortriebsstrecke (112) für die zu durchfahrende Geologie (115) charakteristische Geodäten abspeicherbar sind, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (503) eine Vor triebsplanungseinheit (506) aufweist, mit der auf der Grundla- ge der Geodäten und der Abbauwerkzeugdaten Vortriebspa rameter sowie die Abbauwerkzeugpositionen von Abbauwerk zeugen (109) zwischen in Vortriebsrichtung liegenden Werk zeugwechselprognoseebenen (615, 618, 621 , 624, 627, 630) derart bestimmbar sind, dass an den Werkzeugwechselprog- noseebenen (615, 618, 621 , 624, 627, 630) für Abbauwerk zeuge (109), die nur an einer anderen Abbauwerkzeugpositi on die nächste Werkzeugwechselprognoseebene (615, 618, 621 , 624, 627, 630) in einem funktionsfähigen Zustand errei- chen, ein Positionswechsel an die oder eine andere Abbau werkzeugposition erfolgt, und für Abbauwerkzeuge (109), die an keiner Abbauwerkzeugposition mehr die nächste Werk zeugwechselprognoseebene (615, 618, 621 , 624, 627, 630) in einem funktionsfähigen Zustand erreichen, ein Austausch ge gen ein neu zu verbauendes Abbauwerkzeug (109) erfolgt.
Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekenn zeichnet, dass an einer Werkzeugwechselprognoseebene (615, 618, 621 , 624, 627, 630) auszutauschende Abbauwerk zeuge (109) vollständig verschlissen sind.
Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sensoreinheit (124) ein Verschleißzustandsdetektionsmodul (303) aufweist, mit dem der Verschleißzustand des der Sensoreinheit (124) zugeordneten Abbauwerkzeugs (109) erfassbar ist.
Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sensoreinheit (124) ein Temperaturdetektionsmodul aufweist, mit dem die Temperatur des der Sensoreinheit (124) zugeordneten Ab bauwerkzeugs (109) erfassbar ist.
Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass wenigstens eine Sensoreinheit (124) ein Lastdetektionsmodul (236) aufweist, mit dem die auf das der Sensoreinheit (124) zugeordnete Abbauwerkzeug (109) aus geübte mechanische Last erfassbar ist.
Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Abbauwerk- zeugen (109) mit drehbaren Schneidrollen (121 ) ausgebildet sind.
7. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass wenigstens eine Sensoreinheit (124) ein Dreh zustandsdetektionsmodul (403) aufweist, mit dem der Dreh zustand der der Sensoreinheit (124) zugeordneten Schneid rolle (121 ) erfassbar ist. 8. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlgeber (136) vor handen ist, mit dem die Drehzahl des Schneidrads (106) er fassbar ist, dass der Drehzahlgeber (136) mit der Datenverar beitungseinrichtung (503) in Verbindung steht, dass die er fasste Drehzahl der Vortriebsplanungseinheit (506) einspeis- bar ist und dass die Vortriebsplanungseinheit (506) die Dreh zahl des Schneidrads (106) zum Vorbestimmen eines Positi onswechsels und/oder Austausche von Abbauwerkzeugen (109) einbezieht.
9. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmomentgeber (151 ) vorhanden ist, mit dem das Drehmoment erfassbar ist, mit dem das Schneidrad (106) beaufschlagt ist, dass der Dreh momentgeber (151 ) mit der Datenverarbeitungseinrichtung (503) in Verbindung steht, dass das erfasste Drehmoment der Vortriebsplanungseinheit (506) einspeisbar ist und dass die Vortriebsplanungseinheit (506) die Drehzahl des Schneidrads (106) zum Vorbestimmen eines Positionswechsels und/oder Austausche von Abbauwerkzeugen (109) einbezieht.
10. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebsplanungseinheit (506) mit einem Erfahrungswertspeicher (521 ) ausgestattet ist, in dem Erfahrungswerte für den Verschleiß von Abbau werkzeugen (109) bei Auffahren einer Vortriebsstrecke (112) in der Geologie (115) abspeicherbar sind und dass die Vor- triebsplanungseinheit (506) die Erfahrungswerte zum Vorbe stimmen des Positionswechsels und/oder Austausche von Abbauwerkzeugen (109) einbezieht.
11. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebsplanungseinheit
(506) mit einem Vergleichsmodul (527) ausgestattet ist, mit dem ein Quasi-Ist-Zustand gemäß realitätsnahem Vorbestim men des Verschleiß von Abbauwerkzeugen (109) mit dem Soll-Zustand gemäß Interpolationsprognose zwischen Werk- zeugwechselprognoseebenen (615, 618, 621 , 624, 627, 630) vergleichbar ist, und dass die Vortriebsplanungseinheit (506) einen Korrekturparameterspeicher (524) aufweist, in dem aus dem Vergleich des Quasi-Ist-Zustands mit dem Soll-Zustand abgeleitete Korrekturparameter abspeicherbar sind, die die Vortriebsplanungseinheit (506) zum Vorbestimmen des Posi tionswechsels und/oder Austausche von Abbauwerkzeugen (109) einbezieht.
12. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrich tung (503) einen Warn/Alarmgenerator (533) aufweist, der mit der Vortriebsplanungseinheit (506) in Verbindung steht und mit dem Warnmeldungen und/oder Alarmmeldungen bei zum Erreichen einer Werkzeugwechselprognoseebene (615, 618, 621 , 624, 627, 630) gemäß Interpolationsprognose zwischen
Werkzeugwechselprognoseebenen (615, 618, 621 , 624, 627, 630) kritischen und/oder intolerablen Betriebszuständen und/oder Verschleißzuständen von Abbauwerkzeugen (109) ausgebbar sind.
13. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrich tung (503) mit einem Bedarfsabgleichmodul (545) ausgestat tet ist, mit dem der Bedarf an neuen Abbauwerkzeugen (109) zum Austausch bei Erreichen zumindest der nächsten Werk zeugwechselprognoseebene (615, 618, 621 , 624, 627, 630) bestimmbar ist.
14. Verfahren zum Vortreiben eines Tunnels mit den Schritten
- Bereitstellen einer Tunnelbohrmaschine (103) nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
- Abspeichern von für die in einer Vortriebsrichtung aufzufah rende Vortriebsstrecke (112) für die zu durchfahrende Geolo gie (115) charakteristischen Geodäten in dem Geodatenspei- cher (512),
- auf der Grundlage der Geodäten und von Abbauwerkzeug- daten Bestimmen von Vortriebsparametern und Abbauwerk zeugpositionen von Abbauwerkzeugen (109) zwischen in Vor triebsrichtung liegenden Werkzeugwechselprognoseebenen (615, 618, 621 , 624, 627, 630) mit der Vortriebsplanungsein heit (506) derart, dass an den Werkzeugwechselprognose- ebenen (615, 618, 621 , 624, 627, 630) für Abbauwerkzeuge
(109), die nur an einer anderen Abbauwerkzeugposition die nächste Werkzeugwechselprognoseebene (615, 618, 621 , 624, 627, 630) in einem funktionsfähigen Zustand erreichen, ein Positionswechsel an die oder eine andere Abbauwerk- zeugposition erfolgt, und für Abbauwerkzeuge (109), die an keiner Abbauwerkzeugposition mehr die nächste Werkzeug wechselprognoseebene (615, 618, 621 , 624, 627, 630) in ei- nem funktionsfähigen Zustand erreichen, ein Austausch ge gen ein neu zu verbauendes Abbauwerkzeug (109) erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebsparameter und die Werkzeugwechselprognosee benen (615, 618, 621 , 624, 627, 630) so gewählt werden, dass an einer Werkzeugwechselprognoseebene (615, 618, 621 , 624, 627, 630) auszutauschende Abbauwerkzeuge (109) vollständig verschlissen sind.
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