DE1817806A1 - Rotating boring head for a tunnel boring machine - Google Patents

Description

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Dipl. ing ILLEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANNDipl. Ing ILLEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

8 München 2, Rosental 7, 2 8 Munich 2, Rosental 7, 2

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den 2a April 1971April 2, 1971

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. Union Industrielle BLANZI-OUEST / ■ Paris 8e/I'rankreich. Union Industrielle BLANZI-OUEST / ■ Paris 8e / France

Eotierender Bohrkopf für eine Tunnel-BohrmaschineEoting drill head for a tunnel boring machine

(Aussch. aus Patent». Patentanmeldung(Exclusion from patent ”. Patent application

F 18 09.552.8-25) ' ■F 18 09.552.8-25) '■

Die Erfindung bezieht sich auf einen rotierenden Bohrkopf für eine Tunnel-Bohrmaschine, der sich über eine Lagerung in Radial- und in Axialrichtung am vorderen Ende der Bohrmaschine abstützt und an seiner Stirnseite Bearbeitungswerkzeuge 'für den Abbaustoß trägt.The invention relates to a rotating boring head for a tunnel boring machine, which is about a Supports storage in the radial and axial directions at the front end of the drill and machining tools on its front side 'for the mining thrust.

Bei derartigen Bohrköpfen stellt die Lagerung an der Bohrmaschine ein gewisses Problem dar, da diese Lagerung einerseits zur Vibrationsfreiheit in einem Bereich, in dem die wesentlichen Kräfte am Bohrkopf angreifen, und andererseits in· einem Bereich angeordnet sein muß, zu dem das Abräumgut des Bohrkopfs keinen Zutritt hat, da es andernfalls zu einem schneiLLen Verschleiß der Lager führen würde. Das Abräumgut besteht teilweise aus feinem Sand und Gesteinssplittern,In such drill heads, the storage on the Drilling machine poses a certain problem, as this storage on the one hand for freedom from vibrations in an area in which the essential forces act on the drill head, and on the other hand must be arranged in an area to which the material to be removed from the drill head has no access, since otherwise it would become a rapid wear and tear on the bearings. The cleared goods consists partly of fine sand and rock fragments,

die durch den Bohrkopf hindurch nach hinten abgeführt werden. Die Ladung muß so stabil sein, daß der Bohrkopf, wie erwähnt, ; möglichst vibrationsfrei arbeitet, so daß die Abdichtungen innerhalb des Bohrkopfes gegen den Transportweg des Abräumguts sicher dicht bleiben und auch die Bearbeitungswerkzeuge nicht einem erhöhten Verschleiß unterworfen werden.which are discharged to the rear through the drill head. The load must be so stable that the drill head, as mentioned,; works as vibration-free as possible, so that the seals inside the drill head against the transport path of the cleared material remain securely tight and the processing tools are not subjected to increased wear.

Es ist ein Bohrkopf der eingangs genannten Art begannt (US-PS 3 232 67Q), der mit einem Rollenlager am Bahmen der Bohrmaschine gelagert ist, das infolge der Anordnung von Schrägrollen zugleich die Axialkräfte und die Hadialkräfte des Bohrkopfs aufnimmt. ..Eine solche Lagerung ergibt jedoch keine bestmögliche Vibrationsfreiheit des Bohrkopfs. Es besteht! die Gefahr, daß bereits bei geringfügiger Abnützung der Mollen .A drill head of the type mentioned above is started (US-PS 3 232 67Q), the with a roller bearing on the frame Drill is stored, which as a result of the arrangement of Tapered rollers absorb the axial forces and the Hadial forces of the drill head at the same time. .. Such a storage, however, results no best possible freedom from vibration of the drill head. It exists! the danger that even with slight wear and tear of the molluscs.

ein Spiel zwischen dem Bohrkopf und dem lahmen der Bohrmascnine auftritt, das beim Bohren unvermeidlich zu einem Schütteln und ; Vibrieren des Bohrkopfes führt und einen sehr schnellen voll- : ständigen Lagerverschleiß nach sich zieht. Hinzu kommt ein beginnendes Durchlassen der Abdichtungen für das Abräumgut. ■ j Diese Erscheinungen treten insbesondere beim Bohren in hartem Grund und noch mehr beim Durchbohren einer harten Gesteinsader, ■ die nicht den gesamten Bohrquerschnitt einnimmt, auf.a game between the drill head and the lame of the Bohrmascnine occurs that when drilling inevitably leads to a shake and; Vibration of the drill head leads to very rapid, complete bearing wear. There is also a beginning of the leakage of the seals for the items to be cleared. ■ j These phenomena occur particularly when drilling in hard ground and even more when drilling through a hard rock vein, ■ which does not take up the entire drilling cross-section.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der aufgrund einer sehr! soliden Lagerung vor Vibrationen und vorsciinellem Verschleiß weitgehend geschützt ist.The invention is based on the object of creating a drill head of the type mentioned at the outset which, due to a very! solid storage is largely protected from vibrations and preventive wear and tear.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sich der Bohrkopf über zwei in axialem Abstand voneinanderThis object is achieved according to the invention in that the drill head is axially spaced from one another via two

angeordnete Radial-Rollenlager und ein Axiallager gegen die Bohrmaschine abstützt und daß der äußere, mit der Bohrmaschine verbundene Ring des hinteren Radial-Rollenlagers auch als Stützring des Ixiallagers dient. Durch eine derartige Lagerung ergibt sich eine vibrationsfeste Stabilität des Kopfes. Durch die Aufteilung, der ibcialkräfte und der Radialkräfte auf verschiedene Lager werden Lagereraüdungen vermieden, »as wiederum der Verminderung von Vibrationen dient. Das vordere Radiallager verhindert zwar seitliche Bewegungen, es kann jedoch, da es im rechten Winkel zu den hauptsächlich auftretenden Axiakräften angeordnet ist, leicht so ausgebildet sein, daß der Drehkopf nicht weit auslädt. Der gemeinsame Ring, der sowohl als Stützring des Axiallagers als auch des hinteren Radiallagers dient, kann leicht s|hr kräftig ausgeführt sein und führt insbesondere dann, wenn er/iia wesentlichen radial äußeren Bereich des Bohrkopf s angeordnet ist, zu einer einigermaßen biegemomentfreien Abstützung der axialen Bohrkraft.arranged radial roller bearings and a thrust bearing against the Drill supports and that the outer ring of the rear radial roller bearing connected to the drill also as Support ring of the Ixiallager is used. Such a mounting results in a vibration-proof stability of the head. By the distribution of the ibcial forces and the radial forces on different ones Storage wear and tear are avoided, »as in turn serves to reduce vibrations. Although the front radial bearing prevents lateral movements, it can, as it is in the is arranged at right angles to the mainly occurring axial forces, easily be designed so that the rotary head does not extend far. The common ring, which serves both as a support ring for the axial bearing and the rear radial bearing, can easily be made very strong and leads in particular when he / iia substantially radially outer area of the drill head s is arranged for a somewhat bending moment-free support of the axial drilling force.

Zur wirksamen Beibehaltung der durch die Erfindung erzielten erhöhten Verschleißfestigkeit und Lebensdauer ist zweckmäßigerweise bei einem Bohrkopf, der als Grundstruktur ein zylindrisches Rohrstück mit einer vorderen Abdeckung und einein hinteren Flansch aufweist, innerhalb des Rohrstücks in der Ebene des hinteren Flansch ein koaxial zum Bohrkopf angeordneter, mit ihm umlauf ender Ring befestigt, der zur Abdichtung des Bereichs, in dem die Lager angeordnet sind, in" hartem fieibkontakt mit einem feststehenden Ring steht, der von der Bohrmaschine her gehalten ist. Diese Abdichtung hat sich in der Praxis zur Erhaltung der Lebensdauer der Lager bewährt.In order to effectively maintain the increased wear resistance and service life achieved by the invention expediently with a drill head, the basic structure of which is a cylindrical pipe section with a front cover and having a rear flange within the pipe section in the plane of the rear flange a coaxially arranged to the drill head, fixed with it circumferential ring, which for Sealing of the area in which the bearings are arranged in " hard fieibkontakt with a fixed ring, which is from the drill is held ago. This seal has proven itself in practice to maintain the service life of the bearings.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und zwar zeigt die einzige Figur einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen, vorne an einer Tunnelbohrmaschine gelagerten Bohrkopf.Further details, advantages and features of the invention emerge from the following description and although the single figure shows a cross section through an inventive, mounted at the front of a tunnel boring machine Drill head.

Die Figur zeigt einen Bohrkopf, dessen Grundstruktur einen Eing 1 und an diesem einen radial einwärtsgerichteten vorderen Flansch 2 und einen radial auswärtsgerichteten hinteren Flansch 3 umfaßt. Die Teile t, 2 und 3 sind aus starken Blechplatten gefertigt. Versteifende, jeweils in parallelen Paaren angeordnete Eckbleche 4 sind gleichmäßig über den Umfang des Eings 1 verteilt und sowohl am Eing 1 als auch am Flansch 3 sowie an einem Eing 5 angeschweißt, der auf äse Außenseite des Eings 1 eine Verlängerung des Flansches 2 bildet. Stirnseitig am Bohrkopf sitzen Werkzeuge 7.The figure shows a drill head, the basic structure of which comprises an inlet 1 and on this a radially inwardly directed front flange 2 and a radially outwardly directed rear flange 3. Parts t, 2 and 3 are made of strong sheet metal. Stiffening corner plates 4, each arranged in parallel pairs, are evenly distributed over the circumference of the ring 1 and welded to the inlet 1 as well as to the flange 3 and to an inlet 5, which forms an extension of the flange 2 on the outer side of the ring 1. Tools 7 are located on the face of the drill head.

Der vordere Flansch 2 trägt zusammen mit dem Eing 5 die zentralen Werkzeuge, während die peripheren Werkziuferver*schwenkbar auf den Eckblechen 4 sitzen.The front flange 2 carries the input 5 together with the central tools, while the peripheral tool server * can be swiveled sit on the corner plates 4.

Hinter den am Umfang angeordneten Werkzeugen sind vier gleichmäßig verteile (nicht dargestellte) Abräumgut-Sammelbechejr vorgesehen, die jeweils auf zwei zueinander parallelen Eckblechen 4 befestigt sind. Das Abräumgut tritt, wenn sich der Becher in seiner Hochstellung befindet, durch eine Öffnung hindurch, die im Eing 1 zwischen den Eckblechen 4 senkrecht zum Becher vorgesehen .ist, und landet auf einem Kettenförderer mit einem Laufgestell 49.Behind the tools arranged on the circumference are four evenly distributed (not shown) Abräumgut -ammlungbechejr provided, which are each fastened to two corner plates 4 parallel to one another. The cleared material occurs when the Cup is in its upper position, through an opening in the entrance 1 between the corner plates 4 perpendicular is intended for the cup and lands on a chain conveyor with a bogie 49.

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. Der Bohrkopf hat einen starren Aufbau, dessen Teile bis auf den vorderen Flansch 2 sämtlich verschweißt sind. Letzterer ist durch Verfugung zusammengebaut und auf dem Ring durch (nicht dargestellte) Klemmplatten befestigt, die am Ring 1 angeschraubt sind. Der Bohrkopf wird über einen Kranz 51 mit Innenverzahnung angetrieben, der am Flansch 3 bei 52 angeschraubt ist. ■. The drill head has a rigid structure, the parts of which are all welded except for the front flange 2. The latter is assembled by grouting and attached to the ring by clamping plates (not shown) attached to the ring 1 are screwed on. The drill head is driven by a ring 51 with internal teeth, which is screwed to the flange 3 at 52 is. ■

Der Bohrkopf ist auf der Vorderseite der Maschine auf zwei seine Drehachse bestimmenden Radiallagern 53 und 54 mit zylindrischen achsparallelen Rollen abgestützt. Das erste Lager 53 mit verhältnismäßig kleinen·Abmessungen ist vorne angeordnet: ein drehbarer innerer Ring 55 des Lagers ist hinter dem Halter für das mittlere Abbau-Werkzeug befestigt und ein feststehender äußerer Ring 56 ist an einer das Vorderteil der Maschinenstruktur bildenden Scheibe 57 festgelegt, und zwar über einen auf die Scheibe aufgeschweißten Ring 58.The drill head is on the front of the machine on two radial bearings 53 and 54 that determine its axis of rotation cylindrical axially parallel rollers supported. The first bearing 53 with relatively small dimensions is at the front arranged: a rotatable inner ring 55 of the bearing is behind attached to the holder for the middle excavation tool and a fixed outer ring 56 is on one of the front of the Machine structure forming disc 57 set, namely via a ring 58 welded onto the disk.

Das zweite Lager 54, dessen Durchmesser größer ist als der des ersten, liegt hinter dem Bohrkopf; sein drehbarer innerer Ring 59 sitzt in einer auf der Außenseite des Kranzes 51 vorgesehenen Nut, während sein feststehender äußerer Ring" 60 in eine Schulter einer Platte 61 des starren Rahmens der Maschine eingreift.The second bearing 54, the diameter of which is greater than that of the first, lies behind the drill head; its rotatable inner ring 59 sits in one on the outside of the rim 51 provided groove, while its fixed outer ring "60 in a shoulder of a plate 61 of the rigid frame of the Machine intervenes.

Der äußere Ring 60 dient auch als feststehendes Widerlager für ein axiales Lager 62 von großem Durchmesser mit zylindrischen Rollen, die sich andererseits auf einem drehbaren Ring 63 abstützen, der in Berührung mit dem Flansch 3 des ■ Bohrkopfes steht und die Kraft überträgt, die beim Bohren auf diesen einwirkt. - 6 -The outer ring 60 also serves as a fixed abutment for an axial bearing 62 of large diameter with cylindrical rollers which, on the other hand, rotate on a rotatable Support ring 63, which is in contact with flange 3 of the ■ drill head and transmits the force that occurs during drilling this acts. - 6 -

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Zum weiteren Festlegen des Bohrkopfes dient zusätzlich ein Schrägrollenlager 64, das am vorderen Teil im Bereich des Lagers 53 angeordnet ist und den Bohrkopf in seiner Stellung festhält, wenn dieser nicht in Berührung mit dem Abbaustoß gelangt, d.h. bei Stillstand der Maschine oder während des Auswechselns von Werkzeugen.Also serves to further fix the drill head a tapered roller bearing 64, which is arranged on the front part in the area of the bearing 53 and the drill head in its position when it does not come into contact with the working face, i.e. when the machine is at a standstill or during changing tools.

Durch die Verteilung dec radialen und axialen Kräfte, die jeweils durch die Radiallager 53 und 54 und das Axiallager j 62 gewährleistet ist, bekommen diese Teile eine lange Lebens- ^! dauer. Um jedoch die erhöhte Verschleißfestigkeit beizubehalten, müssen die Teile auch vor den einen Abrieb erzeugenden und vom \ Bohren herrührenden Staubteilchen geschützt werden. Zu diesem Zweck sind zwischen den drehbaren Bohrkopf und dessen starren Halter drei Dichtungsanordnungen eingebracht. Von der Vorderseite her sind die Lager 53 und 64 durch die Anordnung einer elastischen Ringdichtung 65 geschützt. Von der Rückseite her ist durch eine an den Flansch 3 angesetzte Ringanordnung 66 und J durch zwischen diese Ringanordnung 66 und den Umfang der Platte 61 eingesetzte Lippendichtungen 67 die Abdichtung des Ölschmiersystems für den Kranz 51, das it&aiallager 54 und das Axiallager 62 gewährleistet. Dec radial distribution and axial forces, which is in each case by the radial bearings 53 and 54 and the thrust bearing 62 ensures j, these parts get a long ^service! duration. However, to maintain the increased wear resistance, the parts also produced before the abrasion and originating from the \ drilling dust must be protected. For this purpose, three sealing arrangements are introduced between the rotatable drill head and its rigid holder. The bearings 53 and 64 are protected from the front by the arrangement of an elastic ring seal 65. From the rear, the sealing of the oil lubrication system for the ring 51, the axial bearing 54 and the axial bearing 62 is ensured by a ring arrangement 66 and J attached to the flange 3 through lip seals 67 inserted between this ring arrangement 66 and the circumference of the plate 61.

Schließlich verhindert vom Inneren des Bohrkopfs her eine harte Reibungsdichtung 68, die auch die Ülabdichtung des Systems gewährleistet, daß Staubkörnchen eingelangen können, die von durch die Öffnungen 48 herabfallenden Gesteinsbrocken herrühren, die in den Bechern 46 transportiert und auf dem Kettenförderer abbefördert werden.Finally, from the inside of the drill head, a hard friction seal 68, which also prevents the Ülabdichtung of the The system ensures that dust particles can get in from the rocks falling through the openings 48 originate, which are transported in the cups 46 and carried away on the chain conveyor.

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0943/-0943 / -

Claims (3)

-T-...Patentansprüche:-T -... claims: 1.)Rotierender Bohrkopf für eine Tunnel-Bohrmaschine, der Sien über eine Lagerung in Radial- und in Axialrichtung am vorderen Ende der Bohrmaschine abstützt und an seiner Stirnseite Bearbeitungswerkzeuge für den Abbaustoß trägt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bohrkopf über zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Radial-Rollenlager (53, 54) und ein Axiallager (62) gegen die Bohrmaschine abstützt und daß der äußere, mit der Bohrmaschine verbundene Ring (60) des hinteren Radial-Rollenlagers (54)auch als Stützring des Axiallagers (62) dient.1.) Rotating boring head for a tunnel boring machine, the Sien has a bearing in the radial and in the axial direction supported on the front end of the drill and on its front side Carrying machining tools for the working face, characterized in that the drill head is axially spaced over two mutually arranged radial roller bearings (53, 54) and an axial bearing (62) is supported against the drill and that the outer ring (60) of the rear one connected to the drill Radial roller bearing (54) also serves as a support ring for the axial bearing (62). 2, Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durehmesser des Hinteren Hollenlagers (54) größer ist als der des vorderen RolXtnlagerÄ (53)·2, drill head according to claim 1, characterized in that the diameter of the rear hollen camp (54) is greater than that of the front roller bearingÄ (53) 3. Bohrkopf nach Ansprueti 1 ©i©r 2₉ dadurch gekennzeichnet, daß das Abräumgut auffangende Sammelbehälter (46) unabhängig von den Werkzeughaltern (34) an den Platten (4) montiert sind (Fig. 5).3. Drill head according to Ansprueti 1 © i © r 2 _9, characterized in that the Abräumgut collecting collecting container (46) are mounted independently of the tool holders (34) on the plates (4) (Fig. 5). OHlGJNAL INSPECTEDOHlGJNAL INSPECTED LeerseiteBlank page