DE4113208C2 - Schildvortriebsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schildvortriebsmaschine mit einem mit Abbauwerkzeugen bestückten äußeren Schneidrad und im Nabenbereich des Schneidrades mit einem gegenüber dem äußeren Schneidrad drehbaren, ebenfalls Abbauwerk­ zeuge aufweisenden Zentrumsschneider, welcher als zentrales Schneidrad ausgebildet ist, wobei der Zentrumsschneider mit einem eigenen Antrieb versehen ist, sowie mit mindestens einer Fördereinrichtung zum Abfördern des hereingewonnenen Haufwerks.

Derartige Schildvortriebsmaschinen sind bekannt und verfügen über ein Schneidrad mit mehreren Schneidarmen, wobei das abgetragene Erdreich als Haufwerk durch die Zwischenräume in den Schneidarmen in die Schild­ vortriebsmaschine gelangt und anschließend ab­ transportiert wird. Wegen der hohen auftretenden Kräfte ist der Nabenbereich des Schneidrades, von dem ausgehend sich die Schneidarme radial nach außen erstrecken, massiv und stabil ausgebildet. Aus diesem Grunde muß im Bereich der Längsachse des Schneidrades abgebautes Erdmaterial in radialer Richtung des Schneidrades bis zu einem der Zwischenräume zwischen den Schneidarmen des Schneidrades transportiert 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 Bildung eines Erdpfropfens der Vortriebswiderstand der Schildvortriebsmaschine insbesondere bei bindigen Böden, wie Lehm und Ton, erhöht. Um das Ausweichen des Erdreiches im toten Kern des Schneidrades zu verbessern, hat man bereits Gleit­ schichten 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 bekannten Schildvortriebs­ maschinen reduziert die Vortriebsgeschwindigkeit beim Tunnelbau und erfordert höhere Vortriebsleistungen.

Aus dem Artikel "Erdbau in Japan" in der Zeitschrift BAUMASCHINE UND BAUTECHNIK 19. Jahrgang, Heft 3, März 1972 sind Tunnelfräsen mit einem mit Abbauwerkzeugen bestückten Zentrumsschneider bekannt. Durch das Vorsehen des Zentrumsschneiders ist zwar ein Abbau im Zentrums­ bereich der Schildvortriebsmaschine ermöglicht, aller­ dings ist bei derartigen Tunnelfräsen ein Abbau und Abführen des Erdreiches aufgrund der im Zentrumsbereich des Schneidrades geringen Geschwindigkeit der Abbauwerk­ zeuge, insbesondere bei hohen Vortriebsgeschwindigkeiten, für einen für die gesamte Abbaufläche gleich­ mäßigen Abbau nicht ausreichend.

Aus der DE-PS 66 066 ist eine Vortriebsmaschine mit einem Zentrumsschneider bekannt, der Vorschrämflügel aufweist. Die Vorschrämflügel sind einem Schneidrad vorgelagert und führen das abgebaute Erdreich entgegen der Abbaurichtung in Richtung des Tunnels ab. Mit den Schrämflügeln ist zwar eine hohe Abführrate des zentrumsnah abgebauten Erdreiches möglich, allerdings ist ein derart ausgebildeter Zentrumsschneider nur in verhältnismäßig lockeren Böden einsetzbar.

Aus der DE-OS 39 11 378 ist eine Schildvortriebsmaschine bekannt, bei der ein exzentrisch mit der Schildachse gelagerter Brechkegel vorgesehen ist. Der Brechkegel ist kegelstumpfartig, sich in Vortriebsrichtung verjüngend ausgebildet, wobei an der an den Abbauraum grenzenden Stumpffläche des Brechkegels ein Zentrumsschneider vorgesehen ist. Durch die exzentrische Lagerung des Brechkegels bezüglich der Schildachse sind in dem ab­ gebauten Erdreich befindliche größere Materialblöcke zerbrechbar, so daß eine verhältnismäßig einfache Abfuhr des Haufwerks gewährleistet ist. Allerdings weist diese Schildvortriebsmaschine ebenfalls die oben genannten Probleme im Zusammenhang mit dem Abbau im zentrumsnahen Bereich der Schildvortriebsmaschine auf, da sich der Zentrumsschneider über etwa ein Viertel der Abbauhöhe der Schildvortriebsmaschine erstreckt.

Aus der DE-OS 34 08 246 ist eine Rohrvorpreßmaschine bekannt, die ein auf der Mittelachse der Rohrvorpreß­ maschine angeordnetes Bohrwerkzeug aufweist. Tunnel­ raumseitig ist an dem Bohrwerkzeug eine Förderschnecke angebracht, mit der abgebautes Erdreich abtransportier­ bar ist. Das Bohrwerkzeug ist abständig von einem mit einem eigenen Antrieb versehenen Schneidkranz umgeben. Dadurch ist ein wesentlicher Teil des erforderlichen hohen Drehmomentes bei hartem Abbaumaterial über den Schneidkranz aufgebracht und belastet nicht mehr den langen Förderschneckenstrang. Bei dieser Rohrvorpreß­ maschine ist jedoch durch die im Vergleich zu der Ge­ samtfläche der Rohrvorpreßmaschine geringe Fläche des das Bohrwerkzeug von dem Schneidkranz trennenden Ring­ spaltes keine hohe Abförderrate des abgebauten Erd­ reiches erzielbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schild­ vortriebsmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch ein beschleunigtes Abführen von Haufwerk aus dem Bereich des Zentrumsschneiders ins­ besondere bei hohen Vortriebsgeschwindigkeiten in festem Erdreich auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Schneidrad im Bereich der Nabe eine zentrale Auf­ nahmeöffnung zur Aufnahme des Zentrumsschneiders und einer Brecheinrichtung mit einem Brecherraum vorgesehen ist, daß im Zentrumsschneider wenigstens eine in den Brecherraum mündende Eintrittsöffnung für das mit dem Zentrumsschneider hereingewonnene Haufwerk vorgesehen ist, daß der Brecherraum mit einer Leitung in Verbindung steht und daß das zerkleinerte Haufwerk durch über Speisewasserleitungen und Durchtrittsöffnungen, die in einem den Brecherraum begrenzenden Blech vorgesehen sind, in den Brecherraum einleitbares Spülwasser über die von einer Saugleitung für das äußere Schneidrad getrennt vorgesehene Leitung abführbar ist.

Mit Hilfe des zentralen Schneidrades des Zentrums­ schneiders ist es möglich, im Bereich des toten Kerns unabhängig vom Abbau durch das größere Schneidrad zu arbeiten. Dazu verfügt der Zentrumsschneider über einen vom Schneidrad getrennten Antrieb für beide Drehrich­ tungen. Um das Erdreich im toten Kern schnell und ein­ fach abführen zu können, verfügt der Zentrumsschneider wenigstens über eine Eintrittsöffnung für das abzu­ bauende Erdreich. Die Eintrittsöffnung mündet in einen Brecherraum, der vorzugsweise 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 Brecherraum eintretende Erdreich abzu­ transportieren, sind Spül- und Absaugleitungen vorge­ sehen.

Das zentrale Schneidrad des Zentrumsschneiders verfügt vorzugsweise über eine Felge, durch die ein zwischen dem Zentrumsschneider und der Öffnung im zentralen Schneid­ rad für den Zentrumsschneider vorhandener Ringspalt in Vortriebsrichtung abgedeckt ist. Bei einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung ist das zentrale Schneidrad des Zentrumsschneiders mit mehreren Eintrittsöffnungen versehen, an deren Berandung jeweils Schälmesser oder sonstige Abbauwerkzeuge vorgesehen sind. Insbesondere ist es möglich, das zentrale Schneidrad mit mehreren in Vortriebsrichtung arbeitenden Rollenmeißeln aus­ zustatten. Entlang der Felge des zentralen Schneidrades des Zentrumsschneiders können Karbidaufträge vorgesehen sein.

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

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

Fig. 2 eine Ansicht auf die Schildvortriebsmaschine gemäß Fig. 1 in einer Ansicht entgegen der Vor­ triebsrichtung,

Fig. 3 ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ausführungs­ beispiel der erfindungsgemäßen Schildvortriebs­ maschine mit einem Rollenbohrwerkzeuge auf­ weisenden Zentrumsschneider 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 Schildvortriebsmaschine oder Tunnelbohrmaschine 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 Schildschwanz des Schildes 1 noch die übrigen Teile der Schildvortriebsmaschine dargestellt.

Koaxial zum Schildmantel 2 erstreckt sich ein in axialer Richtung gegenüber dem Schildmantel 2 kurzes Zentrums­ rohr 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 be­ festigt. Sowohl die Druckwand 5 als auch die Tauchwand 6 sind ringförmig ausgebildet, wobei der Außendurchmesser des Ringes jeweils dem Schildmantelinnendurchmesser und der Innendurchmesser des Ringes jeweils dem Zentrums­ rohraußendurchmesser 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 Schildmantel 2 und die Tauchwand 6, vor der in Vortriebsrichtung ein in den Fig. 1 und 2 dargestelltes äußeres Schneidrad 8 angeordnet ist.

Das Schneidrad 8 verfügt über mehrere Schneidarme 9. Die Schneidarme 9 des äußeren Schneidrades 8 sind jeweils mit mehreren Abbauwerkzeugen 10 versehen, die beim Vortrieb der Schildvortriebsmaschine das Erdreich im Bereich der Ortsbrust abtragen, wobei dieses als Hauf­ werk vermischt mit Wasser in die durch die Tauchwand 6 nach hinten begrenzte Abbaukammer 11 und über die Tauch­ wandöffnung 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 Abtriebsflansch 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 vorgesehen, die über in Untersetzungsgetriebegehäusen 22 untergebrachten Untersetzungsgetrieben mit Antriebsritzeln 23 gekoppelt sind, von denen in Fig. 1 eins dargestellt ist.

Das Antriebsritzel 23 ist im Hauptgetriebegehäuse 24 der Schildvortriebsmaschine gelagert und über eine Ritzel­ welle 65 mit dem Untersetzungsgetriebe des Antriebs­ motors 21 verbunden. Das Hauptgetriebegehäuse 24 verfügt über einen Getriebegehäuseinnenmantel 25, der als kurzes Rohrstück ausgebildet ist und sich zwischen einer ring­ förmigen 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 Zentrumsrohr 4 erstreckt sich ein Lager 28, wobei der Lageraußenring 29 fest mit dem Hauptgetriebegehäuse 24 und der Lager­ innenring 30 mit dem Abtriebsflansch 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 Dichtungspaket 35 und einem Klemmring 36 besteht. Außerdem ist eine innere Dichtung 67 entlang dem Ab­ triebsflansch 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 zugeführten Flüssigkeit über die Saugleitung 13 abgeführt, wenn die Schneidarme 9 mit Hilfe der Antriebsmotoren 21 rechts oder links drehend während eines Vortriebs der Schildvortriebs­ 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. Zwischen den Eintrittsöffnungen 38 befinden sich breite Speichen 40.

Wie man in Fig. 2 erkennen kann, sind entlang den Ein­ trittsöffnungen 38 Abbauwerkzeuge 41, beispielsweise Schälmesser oder Rundschaftmeißel 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 konus­ förmigen Brecherraums 43 mehrere innere Brechleisten 45. Der Brecherraum 43 ist von einem Konusblech 46 umgeben, das mit einer Vielzahl von äußeren Brechleisten 47 versehen ist. Auf diese Weise wird ein Steinbrecher für das durch die Eintrittsöffnungen 38 eindringende Erd­ reich 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 erstreckenden 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 wasser 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 erkennt, 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 Ring­ spalt ragende Felge 39 hat ebenfalls eine Abdichtwirkung.

Fig. 3 zeigt den vorderen Teil einer Schildvortriebs­ maschine, 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 Zentrums­ schneider 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 Räum­ 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 aufträgen 74 entlang dem Umfang der Felge 39 des zen­ tralen Schneidrads 17.

Claims (7)

1. Schildvortriebsmaschine mit einem mit Abbauwerk­ zeugen bestückten äußeren Schneidrad und im Naben­ bereich des Schneidrades mit einem gegenüber dem äußeren Schneidrad drehbaren, ebenfalls Abbauwerk­ zeuge aufweisenden Zentrumsschneider, welcher als zentrales Schneidrad ausgebildet ist, wobei der Zentrumsschneider mit einem eigenen Antrieb versehen ist, sowie mit mindestens einer Fördereinrichtung zum Abfördern des hereingewonnenen Haufwerks, da­ durch gekennzeichnet, daß im Schneidrad (8) im Bereich der Nabe eine zentrale Aufnahmeöffnung (15) zur Aufnahme des Zentrumsschneiders (16) und einer Brecheinrichtung mit einem Brecherraum (43) vor­ gesehen ist, daß im Zentrumsschneider (16) wenigstens eine in den Brecherraum (43) mündende Eintrittsöffnung (38) für das mit dem Zentrums­ schneider (16) hereingewonnene Haufwerk vorgesehen ist, daß der Brecherraum (43) mit einer Leitung (49) in Verbindung steht und daß das zerkleinerte Hauf­ werk durch über Speisewasserleitungen (53) und Durchtrittsöffnungen (54), die in einem den Brecher­ raum (43) begrenzenden Blech (46) vorgesehen sind, in den Brecherraum (43) einleitbares Spülwasser über die von einer Saugleitung (3) für das äußere Schneidrad (8) getrennt vorgesehene Leitung (49) abführbar ist.

2. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Eintrittsöffnungen (38) vorgesehen sind, die radial um die Drehachse des zentralen Schneidrades (17) angeordnet sind.

3. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brecherraum (43) konusförmig als Konusbrecher mit mehreren Brech­ leisten (45, 47) ausgebildet ist, die einerseits auf der Nabe des zentralen Schneidrades (17) und andererseits auf der Innenseite des Konusbleches (46) des Konusbrechers angeordnet sind.

4. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leitung zum Entfernen des im Nabenbereich anfallenden Abraumes eine Spül- und Absaugleitung (49) vorgesehen ist.

5. Schildvortriebsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Schneidrad (17) eine Felge (39) aufweist, durch die ein zwischen dem Zentrumsschneider (16) und der Aufnahmeöffnung (15) im äußeren Schneidrad für den Zentrumsschneider (16) vorhandener Ringspalt in Vortriebsrichtung abgedeckt ist.

6. Schildvortriebsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Be­ randung der Eintrittsöffnungen (38) Schälmesser (41) vorgesehen sind.

7. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Felge (39) des zentralen Schneidrades (17) des Zentrumsschneiders (16) Karbidaufträge (74) vorgesehen sind.