DE20000045U1

DE20000045U1 - Arbeitskopf für eine Maschine zum Vortreiben von Strecken, Tunneln o.dgl.

Info

Publication number: DE20000045U1
Application number: DE20000045U
Authority: DE
Original assignee: Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2010-01-06

Description

PALGEN, SCHUMACHER'^ KLUFN '^:* '"""'

DÜSSELDORFESSEN PATENTANWÄLTE

UNSER ZEICHEN: 99 1142 (35) K/at

Düsseldorf. den 05. Januar 2 000

WIRTH

MASCHINEN- UND BOHRGERÄTEFABRIK GMBH Kölner Straße 71-78 D- 41812 Erkelenz

Arbeitskopf für eine Maschine zum Vortreiben von Strekken, Tunneln oder dergleichen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Arbeitskopf der dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Aus der DE 40 15 462 Al ist eine Vorrichtung zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen bekannt, bei der hinterschneidend arbeitende Werkzeuge an radial schwenkbaren Werkzeugarmen eingesetzt werden, die wiederum an einem drehbaren Arbeitskopf angebracht sind. Mit wenigstens einem Werkzeug an einem Werkzeugarm wird ein Zentralbereich der Ortsbrust unter Schwenken des Werkzeugarmes radial von außen nach innen abgearbeitet, und mit wenigstens einem anderen Werkzeug an einem Werkzeugarm wird ein den Zentralbereich der Ortsbrust umgebender Außenbereich unter Schwenken des Werkzeugarmes radial von innen nach außen abgearbeitet. Die Schwenkantriebe der einzelnen Werkzeugarme sind separat steuerbar.

Zwar können mit dieser Vorrichtung Querschnitte mit von einer vollen Kreisform abweichenden Kontur durch entsprechendes, mit der Drehgeschwindigkeit des Arbeitskopfes synchronisiertes Verschwenken der Werkzeugarme ausgearbeitet werden, nachteilig ist jedoch, daß die gesamte Konzeption der Vorrichtung auf die besondere Ausgestaltung ihres Arbeitskopfes abgestimmt sein muß. Bereits bestehende, konventionell arbeitende Vortriebsmaschinen können daher nicht umgerüstet werden, was insbesondere dann wünschenswert wäre, wenn Hartgesteineinschlüsse beim Vortrieb abgearbeitet werden müssen.

Aus der DE 31 40 707 Al ist eine Streckenvortriebsmaschine mit einem drehbaren Kopf bekannt, die einen an dem Kopf befindlichen Vorbohrer und hinter diesem mit Abstand in axialer Richtung mehrere Werkzeugträger aufweist. Diese sind als radial verschwenkbare Arme ausgebildet. Von ihnen gehalterte Rollenbohrwerkzeuge können im Vorbohrloch zum Angriff am Gestein gebracht werden, um dann beim radialen Auswärtsschwenken der Arme das Gebirge hinterschneidend abzuarbeiten.

Nachteilig ist wiederum, daß sich der Arbeitskopf dieser Vortriebsmaschine ebenfalls nicht zum Nachrüsten einer konventionellen Vortriebsmaschine eignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Arbeitskopf, bei dem zumindest einige der Schneidwerkzeuge nach dem Hinterschneidprinzip arbeiten, derart zu konzipieren, daß er auch für die Nachrüstung bereits vorhandener Vortriebsmaschinen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Arbeitskopf sind die nach dem Hinterschneidprinzip arbeitenden Werkzeuge auf einer oder

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mehreren Verstellanordnung(en) vorgesehen, die auf der der Ortsbrust zugewandten Seite des Arbeitskopfes angeordnet sind in einer zumindest eine radiale Komponente aufweisenden Richtung verlagerbar sind. Derartige Ver-Stellanordnungen können auf einfache Weise an rotationssymmetrischen Arbeitsköpfen beispielsweise anstelle starrer, konventionell arbeitender Schneidwerkzeuge angebracht werden. Eine Änderung der Grundkonzeption der gesamten Maschine ist daher nicht erforderlich. Hingegen wird es im Einzelfalle sogar möglich sein, bereits vorhandene, konventionell arbeitende Arbeitsköpfe umzurüsten.

Als Verstellanordnung kommt prinzipiell jede Anordnung in Frage, die eine Befestigung der nach dem Hinterschneidprinzip arbeitenden Werkzeuge und eine gesteuerte Verlagerung derselben von innen nach außen und von außen nach innen erlaubt. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die Verstellanordnung als Schlittenanordnung zu konzipieren, die eine Schlitteneinheit und eine Führungseinheit umfaßt.

Vorzugsweise ist die Führungseinheit starr mit dem Arbeitskopf verbunden und die nach dem Hinterschneidprinzip arbeitenden Werkzeuge sind an der relativ zur Führungseinheit verschiebbaren Schlitteneinheit angebracht.

Die Betätigung der Verstellanordnung kann durch einen beliebigen längenverstellbaren Krafterzeuger erfolgen. Bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung, bei der der Betätigung der Verstellanordnung eine hydraulisch antreibbare Kolben/Zylindereinheit dient.

Durch eine mit der Drehgeschwindigkeit des Arbeitskopfes synchronisierte Betätigung der Verstellanordnung können mit dem erfindungsgemäßen Arbeitskopf Querschnitte mit

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von einer vollen Kreisform abweichenden Konturen ausgearbeitet werden.

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Arbeitskopfes ist die Verstellanordnung derart angeordnet, daß die Richtung, in der die Werkzeuge verlagerbar sind, schräg zur Achse der Strecke, des Tunnels oder dergleichen von innen entgegen der Vortriebsrichtung nach außen verläuft. Durch diese Schrägstellung wird bewirkt, daß - bezogen auf die Längsmittelachse der Strecke, des Tunnels oder dergleichen - die weiter innen liegenden Schneidwerkzeuge im Vergleich zu den jeweils benachbarten, weiter außen liegenden Schneidwerkzeugen in Vortriebsrichtung voreilend angeordnet sind. Durch die Neigung der Verstellanordnung kann die Dicke der Schicht, die von einer jeden Schneidrolle gelockert wird, variiert und den Verhältnissen des spezifischen Bohrvorganges angepaßt werden.

Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Arbeitskopfes ist die Verstellanordnung derart angeordnet, daß die Richtung, in der die Werkzeuge verlagerbar sind, senkrecht zur Achse der Strecke, des Tunnels oder dergleichen verläuft. Der für die Anwendung der Hinter-Schneidtechnik notwendige Versatz der Werkzeuge wird dann durch eine in Vortriebsrichtung des Tunnels, der Strecke oder dergleichen nach außen zurückversetzte Anordnung der. Werkzeuge erzielt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Arbeitskopfes am Beispiel einer Erweiterungsmaschine, die der Querschnittsvergrößerung einer voreilenden Pilotbohrung dient, gezeigt. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf den Einsatz bei Erweiterungsmaschinen beschränkt. Vielmehr sind erfindungsgemäße Arbeitsköpfe bei jeder Art von Vortriebsmaschinen, bei-

spielsweise offenen Vollschnittmaschinen, Schildmaschinen, Teilschnittmaschinen usw. einsetzbar.

Es zeigen:
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Fig. 1 eine mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Arbeitskopfes ausgestattete Erweiterungsmaschine ;

Fig. 2 den Ausschnitt II in Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung sowie

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Arbeitskopfes in einer Fig. 2 entsprechenden Einzelheits-Darstellung.

Die als Ganzes mit 100 bezeichnete Vortriebsmaschine umfaßt eine mit 10 bezeichnete Maschinenverspannung (Außenkelly) , die in einer voreilenden Pilotbohrung 1 verankert wird. Die Außenkelly 10 ist in bekannter Weise, beispielsweise wie bei einer Erweiterungsmaschine Typ TBE 450/1420H der Firma Wirth Maschinen- und Bohrgeräte-Fabrik GmbH, Erkelenz ausgestaltet und soll hier nicht näher beschrieben werden.

In Vortriebsrichtung gesehen der Außenkelly 10 nacheilend ist die mit 20 bezeichnete Erweiterungsbohreinheit angeordnet. Sie dient der Vergrößerung des Durchmessers d der Pilotbohrung auf einen Durchmesser D, der dem gewünschten Enddurchmesser der vorzutreibenden Strecke, des Tunnels oder dergleichen 2 entsprechen kann.

Die Erweiterungsbohreinheit 20 umfaßt einen an einem mittels eines Hauptlagers 21 um die Maschinenlängsmittelachse M drehbar gelagerten, rotationsangetriebenen Arbeitskopf 22, der auf seiner der Ortsbrust O zugewandten Seite 2 3 über den Umfang verteilt mehrere Verstellanordnungen

24 trägt, von denen in Fig. 1 lediglich die bezüglich der Längsmittelachse M einander gegenüberliegenden, in den Fig. 2 und 3 jeweils nur eine dargestellt sind.

Die Verstellanordnungen 24, die als eine Schlitteneinheit

25 und eine Führungseinheit 26 aufweisende Schlittenanordnungen 2 7 ausgestaltet sind, tragen auf ihrer der Ortsbrust O zugewandten Seite Schneidwerkzeuge 28, die als hinterschneidend arbeitende, d.h. überwiegend nur die im Vergleich zur Druckfestigkeit geringe Zugfestigkeit des Gesteins überwindende Schneidrollen ausgebildet sind.

Zur Verstellung der die Schneidwerkzeuge 2 8 tragenden Schlitteneinheit relativ zur Führungseinheit in zur Mittellängsachse M etwa radialer Richtung, die durch den mit P bezeichneten Doppelpfeil symbolisiert werden soll, dient eine hydraulisch betätigbare Kolben/Zylindereinheit 29, deren eines Ende an der Führungseinheit 26 und deren anderes Ende an der Schlitteneinheit 25 angelenkt ist.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verstellachse V, entlang der die Schlitteneinheit auf der Führungseinheit verlagerbar ist, relativ zur Mittellängsachse M aus der Senkrechten nach außen hin schräg nach hinten geneigt, so daß jeweils das innenliegende zweier benachbarter Schneidwerkzeuge in Vortriebsrichtung dem anderen um eine Strecke X, dem sogenannten Abschlag, voreilt. Die Strecke X hängt von der Neigung der Verstellachse V zur Längsmittelachse M und von dem Versatz der Schneidwerkzeuge in Achsrichtung ab. Der radiale Abstand Y zweier benachbarter Schneidrollen wird bestimmt durch die Anzahl der an einer Schlittenanordnung 27 vorgesehenen Schneidwerkzeuge 28.

Bei dem ansonsten im Aufbau und der Funktion demjenigen anhand der Fig. 1 und 2 dargestellten entsprechenden, in Fig. 3 wiedergegebenen weiteren Ausführungsbeispiel ver-

läuft die .Verstellachse V senkrecht zur Mittellängsachse M'. Um das Voreilen des jeweils inneren zweier benachbarter Schneidwerkzeuge 28, d.h. den sogenannten Abschlag X' zu erzielen, ist die die Schneidwerkzeuge 28 tragende Schlitteneinheit 25' derart ausgebildet, daß die Schneidwerkzeuge 28 in Richtung der Längsmittelachse M' versetzt angeordnet sind.

Der Vortrieb der Erweiterungsbohrung erfolgt schrittweise, indem der Arbeitskopf 22 bei nach innen verlagerter Schlitteneinheit 25 soweit wie erwünscht in Vortriebsrichtung vorgerückt wird und anschließend bei in Rotation befindlichem Arbeitskopf 22 die Schlitteneinheit 25 nach außen verlagert wird, so daß die Schneidwerkzeuge 28 anstehendes Gestein in spiraligen Bahnen von der Ortsbrust 0 lösen. Die Verlagerungsbewegung der Schlitteneinheit 25 nach außen wird gestoppt, sobald die Erweiterungsbohrung den gewünschten Durchmesser D erreicht hat. Nun wird die Schlitteneinheit 25 nach innen verlagert und der Arbeitskopf 2 2 in Vortriebsrichtung um den gewünschten Vorschub, der üblicherweise dem Abschlag X bzw. X' entspricht, versetzt und der Vorgang beginnt erneut.

Wie bereits erwähnt, können mit dem erfindungsgemäßen Arbeitskopf 22 auch Querschnitte ausgearbeitet werden, deren Konturen von einer vollen Kreisform abweichen. Dazu werden die Kolben/Zylindereinheiten 29 synchronisiert zu der Drehgeschwindigkeit des Arbeitskopfes 2 2 derart betätigt, daß die an der Schlitteneinheit 25 angebrachten Schneidwerkzeuge 2 8 die Ortsbrust in der gewünschten Kontur entsprechenden Bahnen überstreichen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Pilotbohrung

2 Strecke, Tunnel oder dergleichen

10 Maschinenverspannung (Außenkelly) 10

2 0 Erweiterungs-Bohreinheit

21 Hauptlager

22 Arbeitskopf

24 Verstellanordnungen

25 Schlitteneinheit

26 Führungseinheit

27 Schlittenanordndungen

28 Schneidwerkzeuge

2 9 Kolben/Zylindereinheit

100 Vortriebsmaschine

d	Durchmesser
D	Durchmesser
M	Längsmittelachse
O	Ortsbrüst
P	Doppelpfeil
V, V	Verstellachse
X	Strecke

Claims

1. Arbeitskopf für eine Maschine zum Vortreiben von Strecken, Tunneln oder dergleichen, der drehend antreibbar und mit Schneidwerkzeugen (28) zum Lösen von Bohrgut an der Ortsbrust (O) ausgestattet ist, wobei zumindest einige der Schneidwerkzeuge (28) derart ausgestaltet sind, daß sie nach dem Hinterschneidprinzip arbeiten und die nach dem Hinterschneidprinzip arbeitenden Schneidwerkzeuge (28) derart angeordnet sind, daß sie gesteuert von innen nach außen und von außen nach innen bewegbar sind, während der Arbeitskopf (22) drehangetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Hinterschneidprinzip arbeitenden Schneidwerkzeuge (28) auf einer oder mehreren auf der der Ortsbrust (O) zugewandten Seite des Arbeitskopfes (22) vorgesehen, in einer zumindest eine radiale Komponente aufweisenden Richtung (V, V') verlagerbaren Verstellanordnung (24) angeordnet sind.

2. Arbeitskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellanordnung (24) eine eine Schlitteneinheit (25) und eine Führungseinheit (26) aufweisende Schlittenanordnung (27) umfaßt.

3. Arbeitskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Hinterschneidprinzip arbeitenden Schneidwerkzeuge (28) an der Schlitteneinheit (25) angeordnet sind.

4. Arbeitskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigung der Verstellanordnung (24) eine hydraulisch betätigbare Kolben/Zylinder-Einrichtung (29) dient.

5. Arbeitskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellanordnung (24) derart angeordnet ist, daß die Richtung (V), in der die Schneidwerkzeuge (28) verlagerbar sind, von innen schräg entgegen der Vortriebsrichtung nach außen zur Längsmittelachse M der Strecke, des Tunnels oder dergleichen verläuft.

6. Arbeitskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellanordnung (24) derart angeordnet ist, daß die Richtung, in der die Schneidwerkzeuge (28) verlagerbar sind, senkrecht zur Längsmittelachse (M) der Strecke, des Tunnels oder dergleichen verläuft.