DE3140203C2

DE3140203C2 - "Rotierender Schneidkopf einer Strecken- oder Tunnelvortriebsmaschine"

Info

Publication number: DE3140203C2
Application number: DE19813140203
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr.-Ing. 4150 Krefeld Grotenhöfer; Heinz Ing.(grad.) 4100 Duisburg Horst
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Voest Alpine Tunneltechnik GmbH
Priority date: 1981-10-09
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1983-11-10
Also published as: DE3140203A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schneidkopf einer leichten Strecken- oder Tunnelvortriebsmaschine, bei dem die Werkzeugträger als gleichmäßig auf dem Umfang des Schneidkopfes verteilt schwenkbar gelagerte Arme ausgebildet sind. Die freien Ende der Arme sind mit Rollenbohrwerkzeugen versehen, deren Schneidebenen etwa tangential zur Umlaufbahn der Werkzeuge verlaufen. Weil insbesondere im gebrächen Gestein stets die Forderung besteht, die Ausbauten zur Sicherung gegen das Hereinbrechende möglichst nahe der Ortsbrust einzubringen und darüberhinaus es von Vorteil ist, auch nicht kreisförmige Querschnitte aufzufahren, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den bekannten Schneidkopf entsprechend weiterzubilden. Es wird vorgeschlagen, die Schwenkachsen (12) der Werkzeugträgerarme (11) parallel oder nahezu parallel zur Drehachse des Schneidkopfes vorzusehen. Vorzugsweise ist jedem Werkzeugträger arm (11) ein Bereich der Ortsbrust zugeordnet, wobei die Bereiche sich flächendeckend ergänzen. Der Schwenkwinkel jedes Armes (11) ist derartig begrenzt, daß sich die benachbarten Schneidbahnen (1 bis 9) der Rollen (1 bis 9) oder mindestens der äußeren Rollen (3, 4 oder 6, 7) zweier benachbarter Arme (11) überschneiden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den rotierenden Schneidkopf einer Strecken- oder Tunnelvortriebsmaschine, bei dem die Werkzeugträger als außerhalb der Drehachse des Schneidkopfes gleichmäßig auf dem Umfang verteilt schwenkbar gelagerte Arme ausgebildet sind, die an ihren freien Enden mit jeweils mindestens einem Rollenbohrwerkzeug versehen sind, deren Schneidebenen etwa tangential zur Umlaufebene der Werkzeugebene verlaufen, wobei jeder Werkzeugträgerarm bzw. die an diesem angeordneten Werkzeuge einem Bereich der Ortsbrust zugeordnet sind und die Bereiche sich flächendeckend ergänzen.
Die Erfindung soll Anwendung finden bei leichten

ίο Maschinen, die sich auch für das Bohren von kurzen Tunnel- oder Streckenabschnitten, selbst in hartem Gestein eignen sollen. Derartige Maschinen können zwar nur geringe Vortriebsleistungen bieten, benötigen jedoch wesentlich geringere Verspannkräfte und damit weniger technischen Aufwand. Sie können problemlos von einer Einsatzstelle zu einer anderen gebracht werden; auch der zum Einbau der Maschine erforderliche Stall ist kleiner und damit weniger kostspielig.
Zwar ist durch die DE-AS 27 26 445 eine VoIIschnitt-Vortriebsmaschine zum Streckenvortrieb eines Pilot-Ausbruches bekanntgeworden, bei der am rückwärtigen Ende der Vortriebsmaschine ein Konturschniitwerkzeug vorgesehen ist, das aus Bohr- bzw. Fräsköpfen besteht, die an Schwenkarmen angeordnet sind. Mit dieser Maschine kann ein im Vollschnitt vorgebohrter Pilot-Ausbruch durch Abfräsen bzw. Erweitern des Streckenquerschnittes vergrößert werden, wobei es möglich ist, einen nichtkreisförmigen Querschnitt auszufahren. Dies ermöglicht die frei verschwenkbare Anordnung der Fräswerkzeuge an Armen. Die bekannte Maschinenkonstruktion ist jedoch sehr aufwendig hinsichtlich Steuerung und Vorbereitung ihres Einsatzes, so daß sich die Verwendung solcher Maschinen nur bei größeren Streckenabschnitten lohnt Es ist auch nachteilig, daß bei diesen Maschinen zwei verschiedene Antriebseinheiten, nämlich für den Vollschnittbohrkopf und die Konturfräseinrichtung notwendig sind. Das Arbeiten im Vollschnitt bei der Erstellung des Pilot-Ausbruches erfordert darüber hinaus große Verspannkräfte, so daß die Maschine se hr schwer ist.

Bei der bekannten Maschine (DE-AS 19 38 818), von der die Erfindung ausgeht, wird vorgeschlagen, ein Schneidorgan für den Drehkopf einer bohrend arbeitenden Strecken- oder Tunnelvortriebsmaschine mit einer Mehrzahl von Schneidwerkzeugen auszustatten, die in bezug auf die Auffahrrichtung je in einer Axialebene radial bewegbar sind. Diese Beweglichkeit wird dadurch erzielt, daß die Werkzeughalter um eine die Drehkopfachse rechtwinklig kreuzende Verschwenkachse verschwenkbar sind, wobei mehrere derartig verschwenkbare Werkzeughalter auf dem Umfang des Drehkopfes gleichmäßig zueinander versetzt angeordnet sind. D'jrch die Drehung des Drehkopfes und die Schwenkbewegung der Werkzeughalter um die vorstehend beschriebenen Achsen bewegen sich die Werkzeuge auf einer Spiralbahn entlang einem ringförmigen Bereich des insgesamt toroidförmigen Ausbaustoßes. Dadurch entsteht vor der Maschine stets ein relativ großer Hohlraum, der durch Ausbaumaßnahmen nicht gesichert werden kann.

Eine andere bekannte Maschine (DE-QS 29 13 129) sieht vor, den rotierenden Werkzeugträger eines Vollschnittkopfes mit mindestens einem werkzeugtragenden Element zu versehen, das während einer Umdrehung des Trägers entsprechend einer bestimmten Programmsteuerung über die Peripherie des Trägers hinaus bewegbar ist. Der Träger ist dazu in der Art eines Speichenrades ausgebildet, an dessen Spei-

chen die werkzeugtragenden Elemente teleskopartig bewegbar angeordnet sind. Es handelt sich bei dieser Maschine um eine schwere, aufwendige Konstruktion, da das Vollschnittverfahren eine stabile Maschine erfordert, um diese gegen die Vorschubkräfte zu verspannen.

Ausgehend von einem Stand der Technik gemäß der DE-AS 19 38 818 und unter Berücksichtigung der bei leichten Maschinen häufig gestellten Forderung nach nichtkreisförmigen Tunnel- oder Streckenquerschnitten liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine !eichte Streckenvortriebsmaschine der anmeldungsgemäßen Gattung dahingehend weiterzubilden, daß mit ihr eine ebene Ortsbrustausbildung erzielbar ist und dadurch das frühe Einbringen des Streckenausbaues ermöglicht wird.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Schwenkachsen der Werkzeugträgerarme parallel oder nahezu parallel zur Drehachse des Schneidkopfes verlaufen.

Durch den Vorschlag der Erfindung wird in einfacher Weise sichergestellt, daß beim Verschwenken der Werkzeugträgerarme bei gleichzeitiger Dre'.ung des Schneidkopfes eine ebene Abbaufläche geschaffen wird, weil sich die Werkzeuge in dieser Ebene bewegen.

Nach einem die Erfindung ausgestaltenden Vorschlag ist vorgesehen, daß die den Peripheriebereich der Ortsbrust bearbeitenden Rollenbohrwerkzeuge mit den Werkzeugträgerarmen während eines Teiles ihrer Umlaufbahn um bestimmte Beträge nach außen w verschwenkbar und zurückschwenkbar sind. Mit dieser Werkzeuganordnung lassen sich auf einfache Weise nichtkreisförmige Streckenquerschnitte auffahren.

Bei einer derartigen Anordnung ist allerdings zu beachten, daß das mit dem Schwenkarm verbundene ^ Rollenbohrwerkzeug beim Schwenken des Armes je nach Größe des Schwenkwinkels seine tangentiale Lage mehr oder weniger verändert, d. h. die Schneidebene des Rollenbohrwerkzeuges liegt nicht mehr tangential zur Umlaufbahn des Werkzeuges. Dieses Problem läßt sich leicht da~n lösen, wenn nach einem Merkmal der Erfindung vorgesehen wird, daß die Rollenbohrwerkzeuge mit ihren Lagern um eine zur Schwenkachse der Werkzeugträgerarme parallele Achsen drehbar an den Armen angeordnet sind, wobei eine die tangentiale Stellung der Werkzeuge beim Verstellen der Arme sicherstellende Parallelogrammfüirung zwischen Werkzeugträgerarm und Rollenbohrwerkzeugiagerung vorgesehen ist. Durch eine derartige Parallelogrammführung kann beim Schwenken der Arme die relative >" Lage des Rollenbohrv,~rkzeuges zur Umlaufbahn beibehalten werden.

Bei Anordnung mehrerer Rollenbohrwerkzeuge an einem Werkzeugträgerarm kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Schwenkbewegung des Armes auf einen Betrag begrenzt sein, der dem Abstand zweier benachbarter Rollenbohrwerkzeuge voneinander entspricht.

Schließlich kann nach einem anderen Merkmal der Erfindung vorgesehen werden, daß mindestens ein Teil *>° der Werkzeugträgerarme als V-förmig divergierende Doppelarme ausgebildet sind. Dadurch wird die Zahl der Schwenkachsen für die Arme halbiert, so daß eine komplette Anzahl von Armen platzsparend vorgesehen werden kann.

Weiterhin schlügt die Erfindung vor. daß die Werkzeugträgerat'me mittels zwischen diesen und dem Schneidkopf angeordnet"^ Kolbcn-Zylinder-Einheiten

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⁴"> verschwenkbar sind, die vorzugsweise über eine entsprechende Steuerung betätigbar sind. Diese Steuerung stellt die richtige Verschwenkstellung der Werkzeugträgerai me entsprechend dem aufzufahrenden Strecken- oder Tunnelprofil sicher.

Es ist jedoch, wie die Erfindung weiter vorschlägt auch denkbar, daß alle Schwenkantriebe der Werkzeugträgerarme deren Rollenbohrwerkzeuge kreis- bzw. spiralförmige Bewegungsbahnen durchlaufen, gemeinsam über ein angetriebenes Koppelglied verschwenkbar sind.

Die vorgeschlagene Anordnung der Werkzeuge ermöglicht es in vorteilhafter Weise, durch entsprechende Steuerung einzelner, den Peripheriebereich der Ortsbrust bearbeitender Werkzeuge auch nicht kreisförmige Querschnitte dadurch herzustellen, daß diese Werkzeuge während eines Teiles ihrer Umlaufbahn um bestimmte Beträge nach außen verschwenkt und nach einem bestimmten Weg zurückgeschwenkx werden. Bei entsprechender Steuerung lassen sich beliebige Profile herausarbeiten, auch solche mit annähernd ebener Sohle.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführung des Schneidkopfes für kreisrunde Querschnitte,

F i g. 2 eine Ausführung für einen nicht kreisförmigen Querschnitt.

In Fig. 1 sind mit 1 bis 9 die Rollenbohrwerkzeuge bezeichnet, die bei Drehung des Schneidkcpfes 10 auf den Bahnen 1' bis 9' umlaufen. Durch Verschwenken der drei Werkzeugträgerarme 11. z. B. nach innen während mehrerer Schneidkopfumdrehungen, bewegen sich die Rollenbohrwerkzeuge 1 bis 9 auf spiralförmigen Bahnen nahezu radial nach innen, bis cie die jeweils benachbarte Bahn erreicht haben. Beispielsweise schwenkt das Rollenbohrwerkzeug 2 von der Bahn 2' zur Bahn Γ. Jedes Rollenbohrwerkzeug bearbeitet demnach nur einen bestimmten Bereich der gesamten Ortsorust. Dabei wird entsprechend der Lage der Verschwenkachse 12 des Werkzeugträgerarmes 11 und seiner Länge die tangentiale Lage der Rollenbohrwerkzeuge 1 bis 9 geringfügig verändert.

Die Schwenkung der Werkzeugträgerarnie erfolgt durch einen Ring 13, der in drei Rollen 14 geführt wird und über zwei Hydraulikzylinder 15 angetrieben ist.

In Fig. 2 ist eine Schneidkopfausführung für einen nicht kreisförmigen Querschnitt dargestellt. Hier sind beispielsweise die Werkzeuge 1 bis 7 und die Laufbahnen Γ bis T dargestellt. Die Werkzeuge 1 bis 4 bearbeiten den inneren Bereich der Ortsbrust, der ungefähr dem Durchmesser des Schneidkopfes entspricht. Die Werkzeuge werden ähnlich wie in dem Au-füh. ungsbeispiel nach F i g. 1 gesteuert.

Im äußeren Bereich der Ortsbrust kommen die Werkzeuge 5 bis '/' zur Wirkung. Die zugehörigen Werkzeugträgerarme 11 werden hier über jeweils einen Hydraulikzylinder 15 mit eigener Steuerung betätigt, d. h. die Rollenbohrwerkzeuge 5 bis 7 bewegen sich während mehrerer Schneidkopfumdrehungen innerhalb der entsprecnenden Bereiche radial nach innen, z. B. Werkzeug 6 von 6' nach 5'. Zusätzlich werdv-n die Werkzeugträgerarme 11 für die Werkzeuge 5 bis 7 während jeder Umdrehung des Schneidkopfes entsprechend dem aufzufahrenden Profil kurzzeitig eingeschwenkt, wobei ein Strecken- bzw. Tunnelprofil in der gezeichneten Art entsteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotierender Schneidkopf einer Strecken- oder Tunnelvortriebsmaschine, bei dem die Werkzeugträger als außerhalb der Drehachse des Schneidkopfes gleichmäßig auf dem Umfang verteilt schwenkbar gelagerte Arme ausgebildet sind, die an ihren freien Enden mit jeweils mindestens einem Rollenbohrwerkzeug versehen sind, deren Schneidebenen etwa tangential zur Umlaufbahn der Werkzeuge verlaufen, wobei jeder Werkzeugträgerarm bzw. die an diesem angeordneten Werkzeuge einem Bereich der Ortsbrust zugeordnet sind, und die Bereiche sich flächendeckend ergänzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen der Werkzeugträgerarme (11) parallel oder nahezu parallel zur Drehachse des Schneidkopfes (10) verlaufen.

2. Rotierender Schneidkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Peripheriebereich der Ortsbrust bearbeitenden Rollenbohrwerkzeuge (1 bi»9) mit den Werkzeugträgerarmen (11) während eines Teiles ihrer Umlaufbahn um bestimmte Beträge nach außen verschwenkbar und zurückschwenkbar sind.

3. Rotierender Schneidkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenbohrwerkzeuge (1 bis 9) mit ihren Lagerungen um zur Schwenkachse (12) der Werkzeugträgerarme (11) parallele Achsen drehbar an den Armen angeordnet sind, wobei eine die tangential Stellung der Werkzeuge (1 bis 9) beim Verstellen der Arme (11) sicherstellend Parallelogrammführung zwischen Werkzeugträgerarm (11) und Rollenbohrwerkzeuglagerung vorgesehen ist.

4. Rotierender Schneidkopf nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Rollenbohrwerkzeuge (1 bis 9) an einem Werkzeugträgerarm (11) die Schwenkbewegung des Armes (11) auf einen Beirag begrenzt ist, der dem Abstand zweier benachbarter Rollenbohrwerkzeuge voneinander entspricht.

5. Rotierender Schneidkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil de^r Werkzeugträgerarme (11) als V-förmig von der Schwenkachse (12) aus divergierende Doppelarme ausgebildet sind.

6. Rotierender Schneidkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugträgerarme (11) mittels zwischen diesen und dem Schneidkopf angeordneten Kolben-Zylinder-Einheiten (14) verschwenkbar sind, die vorzugsweise über eine entsprechende Steuerung betätigbar sind.

7. Rotierender Schneidkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schwenkantriebe der Werkzeugträgerarme (11), deren Rollenbohrwerkzeuge kreis- bzw. spiralförmige Bewegungsbahnen durchlaufen, gemeinsam über ein angetriebenes Koppeiglied (13) verschwenkbar sind.