JP2022520146A - 土木用機械、特にスラリーウォールカッター - Google Patents

Abstract

土木用機械、特にスラリーウォールカッターは、少なくとも１つの回転工具と、土木用機械のハウジング内に配置され、ハウジングから被駆動工具へのシャフト出口の領域において少なくとも１つの軸受シールによって外部に対してシールされる工具駆動部とを備え、軸受シールは少なくとも２つの別個のシール要素を備え、シール要素の間に配置されたシールチャンバを形成し、土木用機械の環境圧力に応じてシールチャンバ内のチャンバ圧力を制御する圧力補正装置が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、土木用機械、特に、少なくとも１つの回転工具と、機械工具のハウジング内に配置され、従動工具に向かってその軸の出口の領域に配置される少なくとも１つの工具駆動装置とを備え、外部に対してハウジング内部をシールするための少なくとも１つのベアリングシールを含むスラリーウォールカッターに関する。

特殊な土木作業では、深い地盤掘削、例えば１００メートル以上の深さまでの深い地盤掘削は、特殊なフライス工具またはドリル工具によって行われる。このようにして得られた非常に細い掘削ピットの幾何学的形状は、土壌を支持するための型枠の設置を可能にしないので、掘削作業が依然として進行中である間は、支持液が使用される。この支持液は、通常、水、粘土鉱物、および他の骨材からなる。

浸透深さおよび液体密度に応じて、支持液に浸漬された器具は、深さが増加することにつれて増加する外部からの圧力負荷にさらされる。工具駆動装置の機械的構成要素に腐食及び研磨効果を及ぼすことがある水及び鉱物が含有しているため、駆動装置内への支持液の侵入は、常に確実に防止されなければならない。

よく使用されるシールシステムは、ほとんどの場合、メカニカルシールが用いられている。メカニカルシールは、特別に生成された圧力で内部から加圧する必要があり、その圧力は、理想的には卓越する外圧よりわずかに高い。このような解決策は、基本的にはウォールチェーサーの駆動ハウジングに由来する。ウォールチェーサーの内部空間は、トランスミッションオイルで満たされ、かつ圧力レベルの適応が油圧調整ピストンを介して行われる。

欧州特許出願公開１５２９９２４号公報

しかしながら、これらの解決策の欠点は、ピストンや膨張タンク等の許容可能なシステムサイズでハウジング内の圧力変化を達成できるようにするために、完全な駆動ハウジングがオイルで満たされなければならないことである。特にトランスミッションへの用途においては、これは潤滑剤、ベアリング、およびシーリング材料にかなりの熱応力を伴う流体力学的プロセス（いわゆるフランジング）によるかなりの効率損失につながる。

さらに、ピストンシールの摩擦損失のために、このシステムは、特に作業深さが浅く、器具の移動方向が変化すると加圧の精度が損なわれる不可避のヒステリシスを受ける。

代替的な解決策は、特許文献１から知られている。ここでは電子的な解決手段が採用されている。この解決手段は、圧力レベルの、センサに基づく能動的計測、対応する信号処理、および電子制御ユニットによる圧力制御について提案している。しかしながら、能動的圧力制御を用いるセンサベースのシステムは、シフト動作及びプロセス可能な制御偏差を補償することができるようにするために、減衰装置が必須となる。

したがって、本発明の目的は、上述の課題を少なくとも部分的に克服することができる代替の解決策を探すことである。

この目的は、請求項１の特徴による土木用機械、特にスラリーウォールカッターによって達成される。土木用機械の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明によれば、土木用機械の少なくとも１つの軸受シールを、少なくとも２つの別個のシール要素から構成することが提案される。本発明によれば、別個のシール要素を互いに対して配置することによって、シール要素間にシールチャンバが形成され、このシールチャンバは、規定可能な圧力レベルを受けることができる。圧力に関しては、この圧力チャンバは残りの収容空間から分離される。そこに存在する圧力レベルは、シール要素の少なくとも１つに作用して、そのシール効果が保証され、ハウジング内部またはシールチャンバが周囲圧力に対して外側に封止されるようにする。

貫入深さと液体密度に依存して、掘削ピット内、特に液体内に浸漬された土木用機械は、深さの増加と共に増加する外部からの圧力負荷にさらされる。以下では、簡略化のために、この圧力負荷を周囲圧力と呼ぶ。シールチャンバ内の圧力レベルは、圧力補償装置によって、前記圧力レベルが周囲圧力と等しいか又はそれよりも高くなるように調整されなければならない。これが、少なくとも１つのシール要素の十分なシール効果を保証する唯一の方法であるためである。

特に、土木用機械は、工具として１つ以上の切削ホイールを含むスラリーウォールカッターであり、これらの切削ホイールは、ハウジング内に収容された少なくとも１つのカッター駆動装置を介して回転される。ハウジングから出る駆動軸の領域において、対応するベアリングシールには、本発明に係る構成が設けられている。

従来技術とは対照的に、もはやハウジング空間全体に対応する圧力レベルを供給する必要はないが、別個の比較的小容量のシールチャンバ内に圧力を蓄積すれば十分である。これにより、外部圧力の変化に対するより迅速な反応を可能になるだけでなく、工具駆動装置への悪影響を回避することができる。従来技術で要求されている以外に、工具駆動装置またはカッター駆動装置を、過剰量のトランスミッションオイルで作動させる必要はなく、その代わりに、通常の作動に必要なオイル量を使用することができる。その結果、効率と潤滑剤寿命の両方を最適化することができる。

本発明の有利な実施形態によれば、シールチャンバは外側シール要素によって外部に対して密封され、外側シール要素は好ましくは特殊な土木工学における土木用機械を取り囲む物質、特に液体に対して十分な材料耐性を有する。土木用機械がスラリーウォールカッターである場合、外側シール要素はスロット内に充填された支持液に対して十分に耐性があり、この支持液は、大部分が水、粘土鉱物、およびさらなる凝集体からなる。特に、このようなシール要素は、周囲の支持液の研磨特性および腐食特性に耐えることができる。ただし、そのためには、シールチャンバから必要な圧力が必要である。好ましくは、外側シール要素は、メカニカルシールである。

内部シール要素、すなわち、工具駆動装置または伝達空間に対してシールチャンバを密封するシール要素として、明らかに材料耐性の低いシール要素を使用することができる。内部シール要素は、支持液の前述の汚染物と接触しないが、一方で、シールチャンバ内で使用される圧力媒体、または工具駆動装置／トランスミッション空間内に存在する可能性がある物質、特に伝達オイルと接触するだけであるからである。適切なシール材料の選択において得られる柔軟性は、ここでは圧力に耐えない材料を使用することができるという利点を含み、その封止効果は、圧力にかかわらず存在する。ここで適切なものは、例えば、エラストマーシールである。

シールチャンバは、すなわち、周囲圧力、及びハウジング空間若しくはトランスミッション空間の少なくとも１つに対して密封することができる。同様に、その代わりに、少なくとも１つの圧力解放が、ハウジング空間または伝達空間に向かって供給されることが考えられる。例えば、シールチャンバは、少なくとも１つのスロットルを介して、ハウジング空間、特に伝達空間に向かって解放される。

本発明を実現するために、原理的には任意の種類の圧力補償装置を使用することができ、これは、周囲圧力に依存してシールチャンバ内に存在する圧力レベルを調整するのに適している。特に好ましくは、このような圧力レベルが外側シールの十分なシール効果が保証され得るように、周囲圧力よりもわずかに高くなければならない。

本発明の有利な実施形態によれば、新たに設計された圧力補償装置が使用され、この圧力補償装置は周囲圧力に応じて必要なチャンバ圧力でシールチャンバを加圧するために、圧力出口がシールチャンバに直接または間接的に接続された少なくとも１つのポンプを備える。例えば、スロットルは、ポンプの圧力側とシールチャンバとの間に一体化することができる。

本発明の特に好ましい実施形態によれば、ポンプの吸引側は、工具駆動装置のハウジング内部、特にカッター駆動装置のトランスミッション空間に接続される。ポンプの圧力出口は、シールチャンバに接続されている。ポンプは、トランスミッション空間内に存在する物質、特にトランスミッションオイルの体積流を吸い込み、少なくとも部分的にそれをシールチャンバに圧送する。

この点において、使用されるポンプがトランスミッション空間から一定の（小さい）体積流を吸い込むとき、特に好ましい。シールチャンバ内の所望の圧力レベルを調整するために、圧力制限バルブをポンプの圧力側に設置することができ、その圧力入口はポンプの圧力側に接続される。したがって、ポンプの吸引された容積流の一部のみが最終的にシールチャンバに送られ、余分な流体は圧力制限バルブを介して排出される。

このスイッチング構成は、圧力制限バルブの開口部の適合によって、シールチャンバ内で達成される圧力レベルを正確に調整する。開口圧力の目標調整により、シールチャンバ内で達成可能な圧力レベルに影響を与え、十分な精度で調整することができる。ポンプの吸収容積の変化は、この目的のために必要ではない。

好ましくは、使用される圧力制限バルブが開口圧力を対応して調整して、これにより、シールチャンバ内の所望の設定値圧力レベルに調節することができるように、圧力制限バルブがパイロット制御される。理想的には、制御圧力ポートが制御圧力容積を介して膜に接続される。膜に作用するのは、一方では制御圧力体積、他方では周囲圧力である。そのため、周囲圧力の変化は自動的に、圧力制限バルブの開口圧力の適応につながる。例えば、周囲圧力の増加は制御圧力の対応する増加につながり、それによって、シールチャンバ内の設定値圧力レベルが最終的に対応して適応される。

圧力制限バルブおよびポンプが適切に寸法決めされると、シールチャンバ内の圧力レベルが周囲圧力に、または周囲圧力との正確な差に正確に調整される。所望の圧力差を調整するために、ばねバイアスの手段による圧力制限バルブの付加的な直接作動を提供することができる。ばねバイアスは制御圧力に対して圧力制限バルブ、すなわちバルブピストンに作用し、その結果、ばねバイアスは、シールチャンバ内の圧力レベルと周囲圧力との間の所望の圧力差を規定する。理想的には、ばねバイアスが調整可能な圧力制限バルブが使用される。

圧力制限バルブの出口は、例えば、伝動オイルを閉回路の形でハウジングまたは伝動空間に通すために、工具駆動装置またはカッター駆動装置の伝動空間に直接接続することができる。この手順は、バルブピストンの一定の動きがあるように、圧力制限バルブを通る一定の体積流量が存在するという利点を有し、従来技術のような不利なヒステリシス効果をこれによって回避することができる。

さらに、フィードバックされる作動油の手段によって、工具またはカッタドライブのそのような構成要素が潤滑され、通常の動作では潤滑されないか、または十分に潤滑されないことが想定される。

加えて、トランスミッションオイルの提案されたオイル回路の実現は、例えば、オイルフィルタ、熱交換器、またはオイル特性を監視および評価するための別の分析装置のような追加コンポーネントを使用することを可能にする。熱交換器によって、例えば、トランスミッションオイルの充分な冷却を提供することができ、一方、フィルタは、動作中のトランスミッションオイルを清浄化することを可能にする。分析装置は、例えば、適時にトランスミッションオイルの汚染の可能性を検出し、それによって、軸受シールの減少するシール効果を推測する役割を果たすことができる。前記構成要素は、好ましくは圧力制限バルブから伝達空間への戻りライン内に設置される。

図１は、実施形態に係る本発明のスラリー壁面カッターの油圧回路図を示す 。 図２は、図１の例示的な実施形態に対して若干修正された構成の油圧回路図を示す。

本発明のさらなる利点および特性を、例示的な実施形態を参照して以下に詳細に説明する。

図１は、本発明によるスラリー壁面カッターのための液圧回路図を示し、これは、カッター駆動装置が収容される、不図示のハウジングを備えている。カッター駆動装置は、共通の油圧モーター２によって駆動される２つのフライスホイールギア１を備えている。ハウジングから出る複数の駆動軸は、以下に詳細に説明するように、ベアリングシール９、１０を介してシールされなければならない。

フライスホイール駆動装置の移動状態にかかわらず、一定の油圧駆動装置１２を介して別々にエネルギーが供給されると、ポンプユニット３はトランスミッション内部４から小さい一定のオイル流を吸引する。このオイル流は、圧力制限バルブ５を通って流れる。圧力制限バルブ５は、調整可能なばねバイアス及び制御圧力ポート７を有する。膜６を介して、周囲圧力は、バルブ５の制御圧力ポート７に作用する油量に直接作用する。

ポンプ３によって生成されかつ圧力制限バルブ５によって制御される圧力は、オイルが充填されたシールチャンバ８に加えられる。このシールチャンバ８は、メカニカルシール９によって、また、伝動装置１の内部空間に対してエラストマーシール１０によって、外部に対して封止される。

トランスミッション内部の全容積中の空気の含有量が高いため、支持液中への駆動装置への侵入深さにかかわらず、温度に応じて大気圧がトランスミッション空間４中に多かれ少なかれ存在する。一方、通常の作業深さを有する支持液中の周囲圧力は、例えば、大気圧と約２０～２５ｂａｒの間の値とすることができる。

シール９および１０は、ベアリングシールのシール作業全体を、それらがそれぞれ設計される２つのサブタスクに分割する。

シール９は、周囲の支持液の研磨特性および腐食特性に耐えることができるが、そのためにはシールチャンバ８内の圧力が可能な限り正確に維持され、周囲の支持液の圧力より約２バール上にあり、公差が１バール未満であることが必要である。

シール１０は、外部とトランスミッション内部との間の潜在的に高い差圧に耐えることができるが、そうするためには周囲の流体の清浄度を必要とする。

圧力制限バルブ５は、バネ圧力（２バール）を制御ポート７内の周囲圧力に加えることによって、シールチャンバ８内の圧力に影響を及ぼす。さらに、バルブ５は、常に通過して流れ、したがって、そのバルブピストンは移動し続ける。それによって、圧力ピークが回避され、可能性のあるヒステリシス効果が低く抑えられる。

循環油は、戻りライン１１を介して再びトランスミッション１に供給される。有利な実施形態では、この戻りオイルが常時動作によってオイル濡れが保証されないトランスミッション部品を潤滑するために使用される。

別の有利な実施形態において、または機能の拡張において、熱交換器、フィルタ、およびオイル分析のための装置は、特にオイル中の支持液の成分を検出することによって、熱を放散し、オイルから歯車摩耗を除去し、シール効果の減少を明らかにするために、ライン１１に一体化され得る。

その基本的な構成では、提示されたシステムが電子部品を必要とせず、さらなる制御努力を必要とせずに行うことができる。ベアリングシールのシール効果はシステム全体の駆動装置が作動している限り、すべての制御システムの故障時にも維持される。

図１に関してわずかに修正された図２の実施形態では、シールチャンバ８’は気密封止されず、代わりにスロットル１３を介してトランスミッション空間４内に解放される。このような変形例は、シールチャンバ８’からの熱の放散、およびシールチャンバ８’のオイル交換およびオイル浄化を可能にする。図２の実施形態の残りの設計は図１と同一であり、そのため、同一の参照番号が使用されている。

Claims (12)

1. 土木用機械、特にスラリーウォールカッターであって、
   少なくとも１つの回転工具と、
   前記土木用機械のハウジング内に配置され、該ハウジングから駆動される工具に出るシャフトの領域に少なくとも１つの軸受シールを手段することによって外部に対して封止される工具駆動装置と、を備え、
   前記軸受シールは、少なくとも２つの別個のシール要素を含み、該シール要素の配列は、該シール要素の間に位置するシールチャンバを形成し、
   前記土木用機械の周囲圧力に依存して前記シールチャンバ内のチャンバ圧力を制御する圧力補償装置を有することを特徴とする土木用機械。
2. 請求項１に記載の土木用機械において、
   外側シール要素は、前記外部に対して前記シールチャンバを封止し、
   前記外側シール要素は、好ましくは、前記シール要素を囲む支持液に対して、耐材料特性を有し、
   前記外側シール要素は、特にメカニカルシールとして構成されていることを特徴とする土木用機械。
3. 請求項１または２に記載の土木用機械において、
   内部シール要素は、ハウジング空間、特に前記工具駆動装置のトランスミッション空間に対して前記シールチャンバを封止し、
   前記内部シール要素は、好ましくは、圧力に依存しないシール効果を有するシール、例えばエラストマーシールであることを特徴とする土木用機械。
4. 請求項１に記載の土木用機械において、
   前記シールチャンバは、特に前記土木用機械の外部およびハウジング空間若しくはトランスミッション空間の少なくとも１つに対して密封されていることを特徴とする土木用機械。
5. 請求項１に記載の土木用機械において、
   前記シールチャンバは、少なくとも１つのスロットルを介して、ハウジング空間、特にトランスミッション空間に向かって解放されることを特徴とする土木用機械。
6. 請求項１～５のいずれか１つに記載の土木用機械において、
   前記圧力補償装置は、前記周囲圧力に依存して必要とされるチャンバ圧力と同じ圧力を加圧するために、前記圧力出口が前記シールチャンバに接続されるポンプを備えることを特徴とする土木用機械。
7. 請求項４に記載の土木用機械において、
   前記ポンプは、前記工具駆動装置のハウジングまたはトランスミッション空間から潤滑剤、特にトランスミッションオイルを吸い込み、それを前記シールチャンバに圧送することを特徴とする土木用機械。
8. 請求項４または５に記載の土木用機械において、
   前記ポンプの圧力出口に、生成されたチャンバ圧力を調整するための圧力制限バルブが設けられ、
   前記圧力制限バルブは、制御圧力体積を介して膜に接続された制御圧力ポートを提供し、前記周囲圧力の膜変化が、前記制御圧力ポート内の制御圧力体積に転送されることを特徴とする土木用機械。
9. 請求項６に記載の土木用機械において、
   前記圧力制限バルブは、ばね付勢、特に、調整可能なばね付勢されており、
   前記チャンバ圧力と周囲圧力との間の設定差圧は、好ましくは前記ばね付勢を介して調整可能であることを特徴とする土木用機械。
10. 請求項６または７に記載の土木用機械において、
    前記圧力制限バルブの出口は、ハウジング空間、特に前記工具駆動装置のトランスミッション空間に接続されていることを特徴とする土木用機械。
11. 請求項８に記載の土木用機械において、
    前記圧力制限バルブからの前記戻り手段によって、前記工具駆動装置の駆動または伝達コンポーネントの能動オイル潤滑が行われ、その潤滑は、通常の動作では保証されないことを特徴とする土木用機械。
12. 請求項１～１１のいずれか１つに記載の土木用機械において、
    前記オイル回路は、特に前記圧力制限バルブから前記ハウジングへの戻りラインに形成され、少なくとも１つの熱交換器及び／又はオイルフィルタ及び／又はオイル分析装置が一体化されていることを特徴とする土木用機械。

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