DE2703468A1

DE2703468A1 - Mechanische tunnelbohrmaschine mit drehbarem schneidkopf

Info

Publication number: DE2703468A1
Application number: DE19772703468
Authority: DE
Inventors: Carlo Grandori
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-02
Filing date: 1977-01-28
Publication date: 1977-08-04
Also published as: FR2339736A1; SE7700866L; AU2158077A; JPS5294629A; FR2339736B1; ZA77370B; AU504757B2; ES455484A1; CA1051932A; GB1526702A; IT1053909B

Description

Maxton - Maxton · Langmaack Patentanwälte

Patentanwälte Maxton A Langmaack, Pferdmengeastr. SO, 5000 Köln SI ~

Robert Brad· (1806-1943)

Alfred Maxiem Alfred Maxien Je.

Anmelder; Ing. Carlo Grandori,
I-OO144 Rom (Italien)

5000 Köln 51

Unsere Zeichen Datum

911 pg 771 27.01.77

Bezeichnung; Mechanische Tunnelbohrmaschine mit drehbarem Schneidkopf

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung der vorhandenen mechanischen Tunnelbohrmaschinen, insbesondere jener Maschinen, bei denen ein einziges Werkzeug, der sog. Schneidkopf, den gesamten Querschnitt des Tunnels bohrt, wobei der Schneidkopf sich um eine mit der Tunnelachse zusammenfallende Achse dreht.

Bisher wurde die Möglichkeit zu einer befriedigenden Anwendung derartiger Maschinen auf Böden beschränkt, deren Bohrungsstirnfläche selbsttragend ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu finden, welche auf beliebige Schneidköpfe bekannter oder künftiger Konstruktionen anwendbar ist und die es erlaubt, daß die genannten Maschinen auch dort angewandt werden können, wo die Bohrungsetira-

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Telefon: (02 21) 38 02 38 · Telegramm: Inventator Köln · Telex: 8 883 555 max d Postscheckkonto Köln (BLZ 37010050) Kto.-Nr. 152251 -«00· Deutsche Bank AQ Köln (BLZ37070060) KIa-Nr. 1238181

fläche ganz oder zum Teil aus nichtselbsttragendem Boden besteht.

Bekanntlich sind die Schneidköpfe der angesprochenen Maschinen mit Werkzeugen verschiedener Art ausgestattet. Für weiches Felsenmaterial bestehen die Werkzeuge im allgemeinen aus Schneidwerkzeugen verschiedener Form; für harte Felsen werden die Werkzeuge im allgemeinen aus Scheiben gebildet, welche freidrehend am Schneidkopf gelagert sind und die um Achsen drehbar sind, welche radial zur Achse des Schneidkopfes liegen. Jede Scheibe ist mit einem oder mehreren Ringen aus sehr widerstandsfähigem und hartem Werkstoff hergestellt, weist scharfkantige Ecken oder eingelassene Spitzen aus hartem Werkstoff auf.

Die Werkzeuge der Schneidvorrichtungen für weiche Felsenarten zerquetschen die Stirnfläche und bohren mit einer Art Trennmesserwirkung, wie sie etwa bei Drehbänken oder Hobelmaschinen angewandt wird. . _;

Die Werkzeuge für hartes Felsenmaterial werden durch Konzentrieren eines hohen Druckes über die scharfkantigen Ringe oder Einsatzstücke wirksam und brechen die überbeanspruchten Bereiche durch innere Spannungen.

In beiden Fällen, nämlich sowohl bei der Bearbeitung weicher als auch harter Felsen, unter stabilen und gleichförmigen Bodenbedingungen, besteht das erbohrte Material aus Teilen von etwa

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2 χ θ χ 15 cm für hartes Felsmaterial, während diese Größenabmessungen bei weichem Felsmaterial bis zu 15 x 20 χ 30 cm und mehr ansteigen.

Der in Achsrichtung der Drehbewegung von der Bohrfläche bis zur

bestehende Abstand die Werkzeuge tragenden Fläche der Konstruktion^weist stets ein beträchtliches Maß auf, und zwar auch für die konstruktiven Erfordernisse, das auf jeden Fall wesentlich größer ist als dasjenige des größten Teiles, das beim Bohrvorgang anfällt.

Das erbohrte Material kann zwischen dem Werkzeugträger, nämlich dem Drehkopf, und der Tunnelwandung herabfallen und wird durch einen Satz Löffel ergriffen, mit denen der Bohrkopf ausgestattet ist, sowie durch diese auf ein Förderband abgeworfen, welches dieses Material auf die Rückseite des Schneidkopfes bringt.

Durch eine Anordnung dieser Art in den verschiedensten Anwendungsformen wird eine Reihe von Nachteilen bedingt, die sich auf alle Typen von Schneidköpfen bezieht, welche bisher üblich sind.

Wenn die Bohrstirnfläche unstabil ist und teilweise oder vollständig zusammenfällt, und zwar sowohl bei Anwendung eines Schneidkopfes für weiches oder hartes Felsmaterial, so fällt das abgenommene Material von der Stirnfläche in den Raum zwischen dieser Stirnfläche und den Schneidkopf und erhöht auf diese Weise den Drehwiderstand möglicherweise bis zum Festklemmen.

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In anderen Fällen ist das Volumen des durch den Bohrvorgang gewonnenen Materials größer als das der sich aus der Vorwärtsbewegung und dem Bohrquerschnitt ergebende Volumen, so daß Aushöhlungen entstehen, welche ein Einfallen und Absetzen des Bodens zur Folge haben können. In diesen Fällen ist es nötig, den Bohrvorgang des Schneidkopfes einzustellen und entweder Verstärkungsarbeiten durchzuführen oder vor dem Schneidkopf konventionelle Arbeitsweisen durchzuführen, bis die Schwierigkeiten beseitigt sind.

Ein anderer, sehr häufiger Nachteil, der z. B. bei rissigen Felsen oder Felsmaterial mit unterschiedlichen Schichten von weichem und hartem Fels auftritt, besteht im Wegbrechen von Blocks aus der Stirnfläche, also unter der Wirkung der Schneidköpfe selbst, welche derartige Dimensionen aufweisen, daß die Förderlöffel dieses Material nicht aufnehmen können und bzw. oder die vorgesehenen Mittel das gewonnene Material nicht entfernen können.

Dadurch werden Beschädigungen an den Werkzeugen und ihren Haltevorrichtungen und bzw. oder an den Förder- und Abführmitteln hervorgerufen, wodurch die Abfuhr des Materials entsprechend unterbrochen wird oder die Schäden beseitigt werdön müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile und ihr Auftreten soweit als möglich einzuschränken.

Gemäß der Erfindung ist am Schneidkopf ein Schild oder Rost vorgesehen, das starr mit ihm verbunden ist, zur theoretischen

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Bohrfläche parallel angeordnet ist, mit einer Anzahl von Zwischenräumen versehen ist, aus denen die Zertrümmerungswerkzeuge oder Schneidelemente leicht hervorstehen, wobei diese Zwischenräume den "optimalen" Teile-Abmessungen des erbohrten Materials entsprechen.

Weiterhin besteht gemäß der Erfindung dieses Rost vorzugsweise aus einem Satz ringförmiger Bänder, die konzentrisch zur Drehachse des Schneidkopfes und in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß der Durchtritt des erbohrten Materials möglich ist, dessen Teilchengröße einen vorbestimmten Wert unterscheiden muß. In gleicher Weise ist der Abstand dieser Bänder vom Gestell des Schneidkopfes auf die gleiche vorherbestimmte Größe abgestimmt.

Die Erfindung wird unter Hinweis auf die Zeichnungen an einem Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform erläutert. In der Zeichnung zeigen hierbei

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Speichen-Schneidkopfes, der mit einer Anordnung nach der Erfindung ausgestattet ist,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 Einzelheiten eines abgewandelten Schneidkopfes gemäß und 5

Fig. 1 in Teilansicht und im Querschnitt gemäß Linie

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V-V der Fig. 4

Fig. 6 eine Ansicht gemäß Fig. 1, wobei die Erfindung auf einen geschlossenen Schneidkopf angewandt ist,

Fig. 7 einen Querschnitt gemäß Linie VII-VII der Fig. 6,

Fig. 8 einen Querschnitt gemäß der Ebene VIII-VIII der Fig. 6 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 9 einen Querschnitt gemäß der Ebene IX-IX der Fig. 8.

Gemäß Fig. 1 bis 3 ist der Schneidkopf als "offener" Kopf ausgebildet und mit Speichen 1 versehen. Diese Speichen sind in Kastenkonstruktion ausgeführt und jede ist mit einem Satz gabelförmiger Träger 2 für Quetsch- oder Schneidrollen oder Scheiben 3 ausgestattet, wobei letztere auf den Trägern freidrehbar angeordnet sind und die Achsen radial zur Schneidkopfachse verlaufen.

Der Schneidkopf dreht sich in Richtung des Pfeiles F und ist mit einer ortsfesten Innenkonstruktion 4 über Rollenlager 5 verbunden.

Das von der Bohrfläche 10 entnommene Material wird von gegen die Fläche 10 geneigten Radiallöffeln 6 und durch in Umfangsrichtung gekrümmte Fallbleche 7 ergriffen, die an den Löffeln befestigt sind, und wird in einem Behälter 8 befördert, wie dies durch die Pfeile in Fig. 2 angegeben ist, wobei dieser Behälter zum orts-

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festen Konstruktionsteil gehört, der in Arbeitsrichtung hinter dem Schneidkopf liegt. Am Boden des Behälters 8 ist ein Transportband 9 vorgesehen, welches das abgebaute Material aus dem Tunnel herausschafft.

Gemäß der Erfindung ist eirteost vorgesehen, welches aus einem konzentrischen Satz von Metallringen 11 besteht, die eine entsprechende Stärke aufweisen und in Sektoren unterteilt sind, welche an den Enden der Radiallöffel 6 und an den Supporten 12 gemäß Fig. 2 angeschweißt oder in anderer V/eise befestigt sind. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist das Rost 11 zur Basis des Schneidkopfes so angeordnet, daß aus dem Rost selbst lediglich die Schneidscheiben 3 hervorstehen. In Übereinstimmung mit dem Umfangsbereich des Schneidkopfes weist das Ringband 11 die bei 13 gezeigte Form auf, um den Umfangsbereich beim Arbeiten der äußeren Scheiben 14 zu schützen.

In den Fig. 4 und 5 sind die bereits beschriebenen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei das Rost gemäß der Erfindung auf einen Schneidkopf für weiches Felsgestein angewandt ist und Schneidmesserpaare 15 anstelle von Brechscheiben aufweist.

Ein oder mehrere Sektoren des Rostes 11 können abnehmbar ausgebildet sein, um eine Kriechöffnung für das Wartungspersonal zu schaffen und Ersatzteile durch den Schneidkopf hindurch einzubringen bzw. regelmäßige Überwachungen und Beobachtungen der Stirnfläche 10 zu ermöglichen. Die Fig. 1 und 3 zeigen z. B.

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eine entsprechende Anordnung, die aus zwei Sätzen von Schlitzen 16 gebildet werden, in welche ein Paar Verriegelungsstifte eingefügt werden.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen das erfindungsgemäße Rost in Anwendung auf einen "geschlossenen" Schneidkopf, der aus einem kugelkalottenförmigen Teil 17 besteht, das mit einer Anzahl von Löffeln 18 und 19 versehen ist, welche das erbohrte Material nach oben fördern, das dann auf das bereits beschriebene Transportband 9 abgegeben wird.

In diesem Fall sind die Ringteile 11 des Rostes am Schild 17 durch Paare von Trägern 20 befestigt, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist, da Radiallöffel bei dieser Ausführung nicht vorhanden sind.

Für die beiden beschriebenen Lösungen muß der gegenseitige Abstand zwischen dem Rost 11 und dem Werkzeug 3 derart gewählt werden, daß der Vorsprung S (Fig. 8) der Werkzeuge oder Scheiben 3 aus dem Rost einen Mindestwert annimmt, wobei folgendes zu beachten ist: Die Grenze dieses Maßes, bei welcher die Leistung der Maschine in stabilem und gleichförmigem Material normal ist, wobei die bereits erwähnten Nachteile nicht auftreten, und die Grenze der kleineren Abmessungen der stärksten Elemente, wie sie beim Bohren in normalen Bedingungen (stabile, nichtbrockige Boden) zu beachten sind.

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Die Abmessungen der Öffnungen zwischen den Bändern 11 des Rostes dürfen in radialer Richtung nicht größer sein als die größten Abmessungen der Teile, welche durch die Transportmittel abgeführt werden können, und dürfen den Durchgang des erbohrten Materials unter normalen Bedingungen nicht behindern.

In Arbeitsrichtung hinter den Bändern 11 des Rostes müssen weite Durchlässe S1 für das Material vorgesehen werden, welches unmittelbar durch das Rost hindurchtritt und bzw. oder für das Material, welches von den am Schneidkopf angebrachten Löffeln erfaßt wird.

Durch die vorbeschriebene Rostanordnung wird dann, wenn die gesamte Stirnfläche des Tunnels oder Teile hiervon zum Zusammenfallen neigen, diese durch die ringförmigen Bänder 11 des Rostes gehalten, während die aus ihm vorstehenden Werkzeuge das Brechen größerer Teile und den Durchgang der kleinen Teile be wirken. Die Menge des durch das Rost hindurchgehenden Materials ist begrenzt, wodurch die Gefahr vermindert wird, daß ein grösseres Volumen hindurchtritt als dem Vortrieb der Maschine entspricht.

In gleicher Weise werden dann, wenn beim Bohren abbrechende Blöcke anfallen, welche wesentlich größere Abmessungen haben, diese Blöcke durch die Ringe des Rostes gehalten, bis die Werkzeuge « allmählich diese Blöcke auf Abmessungen zerkleinert haben, welche ihren Durchgang durch das Rost möglich machen.

Wie sich aus den Fig. 1, 6 und 7 ergibt, dient das erfindungs-

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gemäße Rost dem Schutz ebenso hinsichtlich der Sammeleinrichtungen (Eimer) für das erbohrte Material, soweit diese Teile unmittelbar auf die Tunnelstirnfläche einwirken.

Ansprüche

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Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Mechanische Tunnelbohrmaschine mit drehbarem Schneidkopf, gekennzeichnet durch ein mit dem Schneidkopf (1-8) starr verbundenes Rost (11), das parallel zur theoretischen Bohrfläche (10) angeordnet und mit einer Anzahl Durchbrüchen ausgestattet ist, durch welche die Schneidwerkzeuge (3, 19) um einen geringfügigen Betrag (5, 51) vorstehen, wobei diese Ausnehmungen Abmessungen aufweisen, welche den optimalen Abmessungen der Bruchteile des erbohrten Materials entsprechen.

2. Borhmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rost aus einer Anzahl ringförmiger Bänder (11) geeigneter Stärke besteht, welche konzentrisch zur Drehachse des Schneidkopfs angeordnet sind und die einen radialen Abstand voneinander aufweisen, der den Durchgang der Bruchstücke gestattet, deren Volumen einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.

3. Bohrmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Rost (11) sich über die Gesamtfläche des Schneidkopfs einschl. der Fläche erstreckt, in deren Bereich sich die Teile für die Aufnahme des erbohrten Materials befinden.

A. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch g ekennzeichnet , daß der Abstand (5, 51) des Rostes von der Tunnelstirnfläche (10) der Mindestabmessung des stärksten erbohrten Materials unter normalen (stabilen, nichtbrockigen Böden)

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Bedingungen abhängig ist, derart, daß die Leistungsfähigkeit der Maschine hierdurch nicht beeinträchtigt wird.

5. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der radiale lichte Raum zwischen den das Rost (11) bildenden Bändern der größten Abmessung von erbohrten Teilen entspricht, welche durch die Transportmittel förderbar sind.

6. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die ringförmigen Bänder des Rostes (11) in Sektoren unterteilt sind, welche zwischen den Speichen eines offenen Schneidkopfes angeordnet sind.

7. Bohrmaschine mit geschlossenem Schneidkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Sektoren an Trägerpaaren (20) angeordnet sind, die zwischen den radialen Werkzeugen liegen.

8. Bohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß einer oder mehrere Sektoren des Rostes (11) abnehmbar ausgebildet sind, um Begehungs- bzw. Besichtigungsöffnungen zu schaffen.

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