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Titel: Messerschild
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Die Erfindung betrifft einen Messerschild, dessen auf einem naohholbaren
Stutzrahmen abgestützte Vortriebsmesser mittels doppeltwirkender hydraulischer Messerzylinder
vorpreßbar sind, die zwischen den einzelnen Vortriebsnnsssern und dem Stütz rahmen
gelenkig eingeschaltet sind0 Nesserschilde dieser Art werden vor allem fUr den Vortrieb
von Tunneln, Stollen oder sonstigen Hohlräumen im Erdreich oder auch für den Grabenvortrieb
eingesetzt. Bei diesen bekannten Messerschilden bildet der Stützrabmen das gemeinsame
Widerlager fur die hydraulischen Messerzylinder, mit deren Hilfe die Vortriebsmesser
einzeln oder gruppenweise gegen die Ortsbrust vorpreßbar sind0 Sobald im Zuge der
Vortriebsarbeit sämtliche Vortriebsmesser um den Zylinderhub vorgepreßt
sind,
wird der Stützrahmen nachgeholt, indem alle Messerzylinder gleichzeitig in Einschubrichtung
vom hydraulischen Druckmedium beaufschlagt werden. Beim Nachholen des Stützrahmens
finden die Messerzylinder ihr Widerlager an den stehenden Vortriebsmessern, die
ihrerseits im Reibkontakt mit dem umgebenden erdreich stehen.
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Beim Messervortrieb werden die Vortriebsmesser normalerweise einzeln
nacheinander vorgefahren0 Die Reaktionskraft eines einzelnen Messerzylinders auf
den Stützrahmen ist dabei nicht groß genug, um den Stützrahmen in seiner Lage zu
verändern, Der Stützrahmen bildet in diesem Fall also ein unverrückbares Widerlager
für den druckbeaufschlagten Messerzylinder0 Anders können jedoch die Verhältnisse
liegen, wenn gleichzeitig mehrere Vortriebsmesser vorgepreßt werden0 In diesem Fall
können die auf den Stützrahmen wirkenden Reaktionskräfte der Messerzylinder so groß
werden, daß der Stützrahmen von den druckbeaufschlagten Messerzylindern zurückgedruckt
wird. Das Erfordernis, gleichzeitig mehrere Messerzylinder in Ausschubrichtung zu
beaufschlagen, stellt sich insbesondere bei der Richtungssteuerung des Messerschildes0
In der Praxis wird die Richtungsänderung so durchgeführt, daß auf der Kurveninnenseite
gleichzeitig mehrere Vortriebsmesser vorgefahren werden0 Dabei stellen sich am Stützrahmen
so große Reaktionskräfte ein, daß es zu einer gewollten Verkantung bzw.
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Schrägstellung des Stützrahmens kommt, bei welcher sich der Stützrahmen
in die neue, gewollte Richtung dreht.
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Voraussetzung hierfür ist aber, daß die kurvenäußere Seite des Stützrahmens
bei gleichzeitiger Druckbeaufschlagung der Messerzylinder nicht nach hinten ausweicht,
so daß es, statt zu der gewünschten Schrägstellung, ledigm lich zu einem Zurückschieben
des Stützrabmens innerhalb
des Schildes kommt. Die Gefahr eines
Zurtickschiebens des Rahmens unter den Reaktionskräften der iviesserzylinder ist
in besonderem Maße bei Messerschilden gegeben, bei deren ein zu geringer Reibschluß
zwischen Rahmen und Messer besteht0 Die Steuerung von IIesserschilden bereitet in
der Praxis auch deshalb häufig Schwierigkeiten, weil die AuzElast des umgebenden
Erdreiches auf den von den Vortriebsmessern gebildeten Schildmantel häufig sehr
ungleichmäßig ist und starken Änderungen unterworfen sein kann0 Sntsprechend ist
auch der Reibungswiderstand, welchen die Vortriebsmesser am umgebenden Erdreich
finden, sehr unterschiedlich. Je größer die auf den Schild wirkende ßrdlast ist,
um so größer ist auch der Reibungs Tiderstand des Stützrahnlens gegenüber den Vortriebsmessern.
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Bei nicht ausreichender Auflast kann die Steuerbarkeit des Messerschildes
vollständig in Frage gestellt sein0 Aufgabe der SrSindung ist es daher, die Funktionssicherheit
und vor allem die Steuerbarkeit der Messerschilde zu erhöhen, Erreicht wird dies
erfindungsgemäß durch den Ausschub der Messerzylinder blockierende Sperrvorrichtungen,
deren Sperrung bei Druckbeaufschlagung der Kolbenräume der Messerzylinder selbsttätig
aufhebbar ist0 Bei dieser Ausgestaltung des Messerschildes sind also die Vortriebsmesser
im Normalfall automatisch gegen Ausschub blockiert, so daß stets alle nicht benutzten,
stehenden Vortriebsmesser mit dem gemeinsamen Stützrahmen verriegelt sind0 Hierdurch
wird sichergestellt9 daß der Stützrahmen auch dann nicht in dem Schild zurückgleiten
kann, wenn gleichzeitig mehrere Vortriebsmesser vorgepreßt werden, Beim Durchfahren
einer Kurve kann sich der Stützrahmen
aufgrund der Ausschubsperre
der stehenden Vortriebsmesser zuverlässig auf der kurvenäußeren Seite an den nier
befindlichen Vortriebsmessern abstützen, die ihrerseits mit dem Erdreich über die
Reibung kraftschlüssig verbunden sind0 Dadurch wdrd sichergestellt, daß der Stützrahmen
unter der Wirkung der Reaktionskräfte der kurveninneren Messerzylinder sich in die
gewollte Richtung dreht, Die Ausschubsperre wird an jedem einzelnen Messerzylinder
in denjenigen Augenblick selbsttätig aufgehoben, in welchem dieser Messerzylinder
durch Ventilbetätigung in Ausschubrichtung vom hydraulischen Druckmedium beaufschlagt
wird. Nach dem Vorfahren des betreffenden Messers wird die Ausschubsperre selbsttätig
in dem Moment wieder hergestellt, in welchem die Druckbeaufschlagung des betreffenden
I'riesserzylinders in Ausschubrichtung durch Ventilbetätigung gesperrt wird0 In
Ausgestaltung der Erfindung kann jedem Messerzylinder ein Mehrwegeventil vorgeschaltet
sein, welches eine Schaltstellung zur Absperrung der Ringräume der Messerzylinder
aufweist und wobei in die Zuleitung zum Ringraum zwischen Mehrwegeventil und Ringraum
ein Druckentlastungsventil eingeschaltet ist0 Die Erfindung läßt sich in baulich
äußerst einfacher und in funktionell besonders zuverlässiger Weise bevorzugt derart
verwirklichen, daß für die genannten Sperrvorrichtungen entsperrbare Rückschlagventile
verwendet werden, welche die Ringräume der Messerzylinder gegentiber dem Rücklauf
absperren und die bei Druckbeaufschlagung der Eolbenräume der Messerzylinder selbsttätig
öffnen und dadurch den Ablauf des Druckmediums aus den Ringräumen freigeben, Vorzugsweise
bestehen die Rückschlagventile aus druckgesteuerten Ventilen, die durch den Arbeitsdruck
im Kolbenraum der zugeordneten Messerzylinder aufsteuerbar sind. Die den einzelnen
Messerzylindern zugeordneten entsperrbaren Rückschlagventile werden in diesem Fall
durch
den Arbeitsdruck im Kolbenraum des zugeordneten Messerzylinders
selbsttätig entsperrt.
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Um trotz der Ausscllubsperre der jeweils nicht im Vorschub befindlichen
Vortriebsmesser die für die gezielte Richtungssteuerung des Messerschildes erforderliche
Schrägstellung bzw. Verkantung des Stützrahmens zu erreichen, empfiehlt es sich,
den gegen Aus schub verriegelbaren Messerzylindern Mittel zur Erzielung der für
die Durchführung von Steuerbewegungen erforderlichen Bewegungsfreiheit zwischen
dem Stützrahmen und den Vortriebsmessern zuzuordnen. Dies läßt sich in besonders
einfacher Weise erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß den einzelnen Messerzylindern
Druckentlastungsventile zugeordnet werden, welche den Druck in den Ringräumen der
Messerzylinder begrenzen und die vorzugsweise jeweils in einer das zugeordnete Rückschlagventil
überbrückenden Leitung liegen. Um eine Anpassung an die jeweiligen Betriebsverhältnisse
zu erzielen, werden vorteilhafterweise Druckentlastungsventile verwendet, deren
Ansprechdruck einstellbar ist.
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Anstelle der vorgenannten Druckentlastungsventile könnten als nachgiebige
Mittel gegebenenfalls aber auch im Kraftweg der Messerzylinder liegende Federelemente
od. dgl vorgesehen werden, die den für die Verkantung bzw. Schrägstellung erforderlichen
geringen Freihub liefern. Ebenso wäre es denkbar, anstelle der entsperrbaren Rückschlagventile
mechanische Sperrvorrichtungen für die Aus schubsperre vorzusehen, welche dieselbe
Funktion erfüllen wie die entsperrbaren Rückschlagventile.
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In bevorzugter Ausführung werden aber, wie erwähnt, für die Ausschubsperre
der Messerzylinder die entsperrbaren Rückschlagventile in Verbindung mit den ihnen
zugeordneten Druckentlastungsventilen verwendet. Dabei wird die
Anordnung
zweckmäßig so getroffen, daß die Ringräume der einzeln oder gruppenweise in Ausschubrichtung
beaufschlagbaren Messerzylinder jeweils über ein entsperrbares Rückschlagventil
mit einer gemeinsamen Anschlußleitung verbunden werden, die mittels eines Steuerventils
wahlweise an den Rücklauf oder an die Druckleitung anschließbar ist. Über die gemeinsame
Anschlußleitung können daher die Ringräume sämtlicher Messerzylinder entweder gleichzeitig
vom hydraulischen Druckmedium beaufschlagt werden, um den Stützrahmen nachzuholen,
oder aber an den gemeinsamen Rücklauf angeschlossen werden, in den beim Vorpressen
der Messerzylinder das Druckmedium abgeleitet wird.
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Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert, In der Zeichnung zeigt: Fig.
1 in starker schematischer Vereinfachung einen Messerschild zur Erläuterung der
Vorgänge bei der Richtungssteuerung; Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung in einem Schaltplan.
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Der Messerschild besteht, wie bekannt, aus einer Vielzahl an Vortriebsmessern
10S die sich in paralleler Ausrichtung zueinander auf einem gemeinsamen Stützrahmen
11 abstützen0 Die Vortriebsmesser 10 bilden den Schildmantel, in dessen Schutz die
Vortriebsarbeiten durchgeführt werden. Die Vortriebsmesser 10 können gemeinsam einen
geschlossenen, zoBo zylindrischen Schildmantel oder einen an der Sohle offenen Schild
unterschiedlichen Querschnittes bilden.
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Der gemeinsame Stützrahmen 11 besteht aus zwei im Axiälabstand
hintereinander
angeqrdneten Rahmenteilen 12 und 13, die über Längsverbindungen 15 und Diagonalverbindungen
14 zu einem starren Rahmengestell verbunden sind.
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Zwischen jedem Vortriebsmesser 10 und dem gemeinsamen Stützrahmen
11 ist ein doppeltwirkender hydraulischer Messerzylinder 16 eingeschaltet. Die Messerzylinder
16 sind über Anschlußgelenke 17 an dem rückwärtigen Rahmenteil 13 des Stützrahmens
11 angeschlossen. Die Kolbenstangen 18 der Messerzylinder 16 sind über Anschlußgelenke
19 mit den Vortriebsmessern 10 verbunden.
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Die Messerzylinder 16 sind einzeln oder gruppenweise in Ausschubrichtung
beaufschlagbar. Beim Messervortrieb werden die Vortriebsmesser 10 normalerweise
einzeln nacheinander vorgepreßt. Hierbei stützen sich die Messerzylinder 16 an dem
Stützrahmen 11 ab, der seinerseits reibungsschlüssig an den stehenden Vortriebsmessern
anliegt. Die Vortriebsmesser 10 stehen ihrerseits im Reibkontakt mit dem umgebenden
Erdreich 20o Sobald im Zuge der Vortriebsarbeit sämtliche Vortriebsmesser 10 um
den Zylinderhub vorgefahren sind, wird der Stützrahmen 11 in einem Schritt in Vortriebsrichtung
V nachgeholt. Zu diesem Zweck werden die Ringräume sämtlicher Messerzylinder 16
vom hydraulischen Druckmedium beaufschlagt, so daß die sich einschiebenden Messerzylinder
den Stützrahmen 11 in dem Schildmantel vorziehen. Hierbei stützen sich die Messerzylinder
16 an den stehenden Vortriebsmessern 10 ab, die, wie erwähnt, ihrerseits im Reibkontakt
mit dem Erdreich 20 stehen.
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Um im Zuge der Vortriebsarbeit eine Richtungsänderung vorzunehmen,
wird wie folgt verfahren: In Fig. 1 sei angenommen, daß eine Kurve in Pfeilrichtung
V'
gefahren werden soll. In diesem Fall werden mehrere, z.B. drei bis sechs an der
Kurveninnenseite befindliche Vortriebsmesser 10' mit Hilfe ihrer Messerzylinder
16 gleichzeitig vorgefahren0 Die sich hierbei am Stützrahmen 11 abstützenden Messerzylinder
16 übertragen auf den Stützrahmen einseitig eine solch große Reaktionskraft, daß
der Stützrahmen die Tendenz hat, sich unter Überwindung des Reibungswiderstandes
an den kurveninneren Vortriebsmessern in Pfeilrichtung S zu drehen, d.h. innerhalb
des Messerschildes schrägzustellen. Sofern der Reibungswiderstand, den der Stützrahmen
11 an den Vortriebsmessern 10" der Kurvenaußenseite findet, ausreichend groß ist,
dreht sich daher der Stützrahmen 11 in die neue, gewünschte Richtung V'O In Fig.
1 ist die Außenkontur der kurveninneren Vortriebsmesser 10' bei schräggestelltem
Stützrabinen 11 mit 10'x bezeichnet, uährend die gestrichelte Linie 13x die Neigung
des rückwertigen Rahmenteils 13 des schrägstehenden Stützrahmens andeutet Es versteht
sich, daß die Neigungswinkel hier aus Gründen der Übersichtlichkeit erheblich größer
dargestellt sind als dies in Wirklichkeit der Fall ist. Bei der Schrägstellung des
Stützrahmens 11 werden im Zuge der weiteren Vortriebsarbeit auch die kurvenäußeren
Vortriebsmesser 10" gezwungen, sich in die gewünschte Richtung, parallel zur Linie
10'x, einzustellen. Im allgemeinen sind die Vortriebsmesser 10 über eine Nut-Federverbindung
formschlüssig an dem gemeinsamen Stützrahmen 11 geführt, so daß sie der Schrägstellung
des Stützrahmens aufgrund des Formschlusses folgen, Die vorstehend beschriebene
Richtungssteuerung setzt somit voraus, daß sich der Stützrahmen 11 durch gleichzeitige
Druckbeaufschlagung mehrerer, an der Kurveninnenseite befindlicher Vortriebsmesser
innerhalb des Schildes
verkanten bzw. schrägstellen läßt0 Findet
der Stxjtzrahmen 11 aber an den kurvenäußeren Vortriebsmessern 10" keinen ausreichenden
Reibungswiderstand, so wird bei der gleichzeitigen Druckbeaufschlagung der Messerzylindergruppe
der Stützrahmen lediglich in dem Schild nach hinten gedrückt, statt, wie beschrieben,
verkantet, Eine Richtungssteuerung ist dann nicht erreichbar.
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Der hydraulische Schaltplan gemäß Fig. 2 zeigt die Messerzylinder
16 eines Messerschildes Die Kolbenräume 21 der Messerzylinder sind jeweils über
eine eigene Anschlußleitung 22 mit einem eigenen Ventil 23 verbunden, Die Ventile
23 bestehen z,B, aus einem einfachen Kugelhahn. Sie sind eingangsseitig mit der
hydraulischen Druckleitung P einer Pumpe verbunden0 Durch Betätigung der Ventile
23 können daher die Messerzylinder 16 einzeln oder gruppenweise auf ihrer Kolbenseite
21 vom hydraulischen Druckmedium beaufschlagt werden.
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Die Ringräume 24 der Messerzylinder 16 sind jeweils an eine gemeinsame
Anschlußleitung 25 angeschlossen0 In den die Anschlußleitung 25 mit den einzelnen
Ringräumen 24 der Messerzylinder 16 verbindenden parallelen Zweigleitungen 26 ist
jeweils ein Stromregelventil 27 mit verstellbarer Durchflußmenge angeordnet. Ferner
befindet sich in jeder Zweigleitung 26 zwischen dem Stromregelventil 27 und dem
Ringraum 24 des zugeordneten Messerzylinders 16 ein entsperrbares Rückschlagventil
28, welches von einem Druckentlastungsventil 29 überbrückt wird, dessen Ansprechdruck
einstellbar ist. Die Rückschlagventile 28 sind jeweils über eine Steuerleitung 30
mit der zu dem Kolbenraum 21 des zugeordneten Messerzylinders 16 führenden Leitung
22 verbunden, Die entsperrbaren Rückschlagventile 28 sind so ausgebildet,
daß
sie den Abfluß des hydraulischen Mediums aus den Ringräumen 24 der Messerzylinder
16 normalerweise sperren, wodurch die Messerzylinder gegen Aus schub hydraulisch
verriegelt sind. Dies bedeutet, daß beim Durchfahren einer Kurve sämtliche stehenden
Vortriebsmesser, darunter auch die an der Kurvenaußenseite befindlichen Vortriebsmesser
10", hydraulisch mit dem Stützrahmen 11 verriegelt sind0 Infolgedessen kann sich
der Stützrahmen 11 auf der kurvenäußeren Seite an den hier befindlichen Vortriebsmessern
abstützen, die ihrerseits über Reibung mit dem Erdreich 20 kraftschlüssig verbunden
sind. Dadurch wird die für die Richtungsänderung erforderliche Schrägstellung des
Stützrahmens 11 erzwungen und verhindert, daß der Stützrahmen bei der gleichzeitigen
Druckbeaufschlagung der an der Kurveninnenseite befindlichen Messerzylinder 16 im
Schild zurückweicht.
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Durch Betätigung der Ventile 23 können, wie erwähnt, die Messerzylinder
16 einzeln oder gruppenweise in Ausschubrichtung beaufschlagt werden0 Sobald sich
in den Kolbenräumen 21 und den Leitungen 22 der Druck aufbaut, wird das zugeordnete
Rückschlagventil 28 über die Steuerleitung 30 aufgesteuert, so daß nunmehr der Ringraum
24 des betreffenden Messerzylinders zu der Leitung 25 hin geöffnet wird. Das Druckmedium
kann daher beim Ausschub des Messerzylinders von dem Ringraum 24 über das gedffnete
Rückschlagventil 28 in die Leitung 25 entweichen9 die z,B. über eine Leitung 31
und ein Steuerventil 32 mit dem Ablauf R in Verbindung steht, Sobald nach erfolgtem
Ausschub des Messerzylinders 16 das zugeordnete Ventil 23 wieder geschlossen wird
und sich der Druck in dem Kolbenraum 21 des Messerzylinders abbaut, gelangt
das
zugeordnete Rückschlagventil 28 selbsttätig wieder in die Sperrstellung zurück,
in der es den Ausschub des Zylinders sperrt, Um sicherzustellen, daß trotz der hydraulischen
Verriegelung der Messerzylinder die gewünschte Schrägstellung des Stützrahmens erreicht
wird, sind die Druckentlastungsventile 29 vorgesehen, die bei Erreichen eines bestimmten
Druckes im Ringraum 24 öffnen, so daß eine geringe Menge an Druckflüssigkeit aus
dem Ringraum in die Leitungen 26, 25 abfließen kann, obwohl das Rückschlagventil
28 geschlossen bleibt. Damit ist unter Beibehaltung der hydraulischen Verriegelung
eine für die gewünschte Schrägstellung erforderliche ausreichende Bewegungsfreiheit
zwischen Stützrahmen und Vortriebsmessern gegeben.
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Um nach dem Vorfahren sämtlicher Vortriebsmesser 10 den Stützrahmen
11 nachzuholen, werden die Ringräume 24 sämtlicher Messerzylinder 16 über die gemeinsame
Leitung 25 vom hydraulischen Druckmedium beaufschlagt, was durch entsprechende Umschaltung
des Steuerventils 32 herbeigeführt wird. Das hydraulische Druckmedium fließt dann
über eine Leitung 33, in der ein Filter 34 und ein Stromregelventil 35 eingebaut
sind, und über die gemeinsame Leitung 25 sowie über die Zweigleitung 26 zu den Ringräumen
24 der Messerzylinder 16o Beim Einschub der Messerzylinder 16 wird das in den Kolbenräumen
21 befindliche Druckmedium über die Leitungen 22 und eine Leitung 36 in den Rücklauf
R geführt, Die Leitungen 22 stehen mit der gemeinsamen Leitung 36 jeweils über ein
Rückschlagventil 37 in Verbindung0 Die Leitung 36 ist ihrerseits über ein Druckentlastungsventil
38 an den Rücklauf R angeschlossen0 Über die im Zulauf der Messerzylinder 16 eingeschalteten
Stromregelventile
27 ist eine mengenmäßige Steuerung der Messerzylinder 16 bei deren Einschub7 d.h,
beim Nachholen des Stützrahmens 11 erreichbar0 Die entsperrbaren Rückschlagventile
28 mit den Druckentlastungsventilen 29 können an den zugeordneten Messerzylindern
16 angebaut sein oder mit den zugeordneten Ventilen 23 eine Baueinheit bilden0