DE3019290A1

DE3019290A1 - Gleichlaufsteuerung fuer die hydraulischen messerzylinder eines messerschildes

Info

Publication number: DE3019290A1
Application number: DE19803019290
Authority: DE
Inventors: Herbert 4712 Werne Heitkamp; Walter 4714 Selm Hohn
Original assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Current assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Priority date: 1980-05-21
Filing date: 1980-05-21
Publication date: 1981-12-03
Also published as: DE3019290C2; US4412758A; JPS576097A; ES8207614A1; ES502399A0

Description

Titel: Gleichlaufsteuerung für die hydraulischen Messerzylinder eines Messerschildes

Die Erfindung betrifft eine Gleichlaufsteuerung für die zwischen den Vortriebsmessern und dem Stützrahmen des Messerschildes angeordneten doppeltwirkenden Messerzylinder, mit in hydraulischen Verbindungsleitungen der Messerzylinder angeordneten Stromregelventilen und Schaltventilen, durch deren Betätigung die Messerzylinder einzeln oder gruppenweise ausfahrbar sind₀

Messerschilde dieser Art werden vor allem für den Vortrieb von Tunnels, Stollen, Üntertagestrecken oder sonstigen Hohlräumen im Erdreich oder auch für den Grabenvortrieb eingesetzto Bei den bekannten Messerschilden bildet der Stützrahmen das gemeinsame Widerlager für die hydraulischen Messerzylinder, mit deren Hilfe die Vortriebsmesser einzeln oder gruppenweise gegen die Ortsbrust vorpreßbar sindο Sobald im Zuge der Vortriebsarbeit sämtliche Vor-

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triebsmesser vorgepreßt sind, wird der Stützrahmen nachgeholt, indem alle Messerzylinder gleichzeitig in Einschubrichtung vom hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagt werden. Beim Nachholen des Stützrahmens finden die Messerzylinder ihr Widerlager an den stehenden Vortriebsmessern, die ihrerseits im Reibkontakt mit dem umgebenden Erdreich stehen.

Um beim Nachziehen des Stützrahmens unerwünschte Schrägstellungen und Verkantungen des Stützrahmens zu vermeiden und sicherzustellen, daß sämtliche Messerzylinder auf ihren Kolbenstangenseiten im wesentlichen mit gleichen Mengen beaufschlagt werden, ist es bekannt, die Steuerung der Messerzylinder als Gleichlaufsteuerung auszubilden, indem in die zu den Zylinderräumen der Messerzylinder führenden hydraulischen Anschlußleitungen Stromregelventile eingeschaltet werden. Die hierfür zur Verfügung stehenden Stromregelventile sind aber nur für hydraulische Arbeitsdrücke bis etwa 300 bar verwendbar. Bei höheren Arbeitsdrücken sind die Stromregelventile einem solch hohen Verschleiß unterworfen, daß ihr Einsatz nicht mehr tragbar ist. Andererseits ist es aber bei Messerschilden wünschenswert, mit erheblich höheren hydraulischen Arbeitsdrücken in der Größenordnung von 500 bar oder mehr zu arbeiten, um beim Vorschub der Vortriebsmesser und/oder beim Nachziehen des Stützrahmens ausreichend große Kräfte zur Verfügung zu haben._

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine mit Stromregelventilen arbeitende Gleichlaufsteuerung für Messerschilde zu verwirklichen, bei der für den Vorschub der Vortriebsmesser und für das Nachziehen des Stützrahmens mit hohen hydraulischen Arbeitsdrücken, insbesondere in der Größenordnung von 500 bar oder darüber, gearbeitet werden kann, ohne daß die Stromregelventile diesen hohen Arbeitsdrücken

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ausgesetzt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stromregelventile in die Kolbenräume der Messerzylinder mit dem Rücklauf verbindenden Leitungen angeordnet sind, die von den die Schaltventile mit den Kolbenräumen verbindenden Druckleitungen überbrückt sind, und daß den Stromregelventilen Sperrventile vorgeschaltet sind, die bei Druckbeaufschlagung der Ringräume der Messerzylinder selbsttätig entsperrbar sind.

Bei dieser Ausgestaltung der Gleichlaufsteuerung sind die Stromregelventile demgemäß bei Druckbeaufschlagung der Kolbenräume der Messerzylinder gegenüber dem hohen Arbeitsdruck abgesperrt, so daß die Vortriebsmesser mit hohen Vorschubkräften vorgepreßt werden können, ohne daß die Stromregelventile den hohen Arbeitsdrücken ausgesetzt sind, Beim Nachziehen des Stützrahmens werden dagegen die Sperrventile selbsttätig geöffnet, so daß für diesen Betriebsfall die Gleichlaufsteuerung verwirklicht wird. Da aber die Stromregelventile in den die Kolbenräume der Messerzylinder mit dem Rücklauf verbindenden Leitungen sitzen, werden sie in diesem Fall von einem Druck beaufschlagt, der um das Untersetzungsverhältnis der Messerzylinder kleiner ist als der die Ringräume der Messerzylinder beaufschlagende Arbeitsdruck. Infolgedessen ist es möglich, sowohl beim Vorpressen der Vortriebsmesser als auch beim Nachziehen des Stützrahmens mit Arbeitsdrücken zu arbeiten, die erheblich höher liegen als die Drücke, auf welche die Stromregelventile maximal ausgelegt sind.

Die bei der erfindungsgemäßen Gleichlaufsteuerung verwendeten Sperrventile bestehen vorzugsweise aus hydraulischen entsperrbaren Rückschlagventilen, deren Ansteuerleitungen mit den zu den Ringräumen der Vorschubzylinder führenden

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Anschlußleitungen, verbunden sind. Hierdurch läßt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand eine für hohe Arbeitsdrücke geeignete zuverlässige Gleichlaufsteuerung verwirklichen.

Die die Stromregelventile überbrückenden Rückschlagventile können entweder in Überbrückungsleitungen angeordnet sein, welche mit den die Stromregelventile aufnehmenden hydraulischen Leitungen verbunden sind, oder sie können in den die Schaltventile mit den Kolbenräumen der Messerzylinder verbindenden Druckleitungen liegen.

In weiterer Ausgestaltung der erfindüngsgemäßen Gleichlaufsteuerung sind in den zu den Ringräumen der Messerzylinder führenden Anschlußleitungen von Druckentlastungsventilen überbrückte hydraulisch entsperrbare Absperrventile angeordnet, deren Ansteuerleitungen mit den zu den Kolbenräumen der Messerzylinder führendenDruckleitungen verbunden sind. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß die Vortriebsmesser im Normalfall gegen Ausschub blockiert sind, so daß stets alle nicht benutzten, stehenden Vortriebsmesser mit dem gemeinsamen Stützrahmen verriegelt sind. Infolgedessen kann der Stützrahmen auch dann nicht in dem Schild zurückgleiten, wenn, wie dies zu Steuerungszwecken üblich ist, gleichzeitig mehrere Vortriebsmesser Vörgepreßt werden. Beim Durchfahren einer Kurve kann siich der Stützrahmen aufgrund der Ausschubsperre der stehenden Vortriebsmesser zuverlässig auf der kurven-äußeren Seitean den hier befindlichen Vortriebsmessern abstützen^: uie ihrerseits mit dem Erdreich in Reibungskontakt stehen. Dadurch wird sichergestellt, daß sich der Stützrahmen beieiner Richtungssteuerung unter der Wirkung der Reaktionskräfte der kurveninneren Messerzylinder sich in die gewollte Richtung dreht. Die Aus s chub sperre wird an federneinzelnen Messerzylinder durch die zugeordneten Druckentlastungsventile in demjeni-

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gen Augenblick selbsttätig aufgehoben, in welchem dieser Messerzylinder durch Ventilbetätigung in Ausschübrichtung vom hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagt wird. Die Druckentlästungsyentile begrenzen also den Druck in den Ringräumen der Messerzylinder, während die Absperrventile eine Ausschubsperre im Falle einer gezielten Richtungssteuerung des Messerschildes bewirken.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den in der Zeichnung dargestellten Äusführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in starker schematischer Vereinfachung einen Messerschild, der mit einer Gleichlaufsteuerung der erfindüngsgemäßen Art ausgerüstet ist;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Gleichlaufsteuerung in einem Schaltbild; V

Fig. 5 eine gegenüber Fig. 2 geänderte Ausführungsform einer Gleichlaufsteuerung nach der Erfindung.

Der in Fig. 1 gezeigte Messerschild besteht, wie bekannt, aus einer Vielzahl von Vortriebsmessern 10, die sich in paralleler Ausrichtung zueinander auf einem gemeinsamen Stützrahmen Ii abstützen. Die Vortriebsmesser 10 bilden den Schildmantel, in dessen Schutz die Vortriebsarbeiten durchgeführt werden. Sie können gemeinsam einen geschlossenen,ZoB.zylindrischen Schildmantel oder einen z.B. an der Sohle offenen Schild bilden.

Der gemeinsame Stützrahmen 11 besteht aus zwei im Axialab stand hintereinander angeordneten Rahmenteilen 12 und 13, die über Diagqnalverbindungen 14 und über Längsverbin-

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düngen 15 zu einem starren Rahmengestell verbunden sind. Zwischen jedem Vortriebsmesser 10 und dem gemeinsamen Stützrahmen 11 ist ,jeweils ein doppeltwirkender hydraulischer Messerzylinder 16 eingeschaltet. Die Messerzylinder 16 sind über AnschlußgelPnke 17 an dem rückwärtigen Rahmenteil 13 des Stützrahmens 11 angeschlossen. Ihre Kolbenstangen 18 sind über Anschlußgelenke 19 mit dem zugehörigen Vortriebsmesser 10 verbunden. In Fig. 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Teil der Messerzylinder 16 dargestellt.

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 20. Sobald im Zuge der Vortriebsarbeit sämtliche Vortriebsmesser 10 um den Zylinderhub in Vortriebsrichtung V vorgefahren sind, wird der Stützrahmen 11 in einem Schritt nachgeholt. Zu diesem Zweck werden die Ringräume sämtlicher Messerzylinder 16 vom hydraulischen Druckmedium beaufschlagt, so daß die sich einschiebenden Messerzylinder 16 den Stützrahmen 11 in dem Schildmantel vorziehen. Hierbei stützen sich die Messerzylinder 16 an den stehenden Vortriebsmessern 10 ab, die ihrerseits in Reibkontakt mit dem Erdreich ?0 stphen.

In Fig. 2 ist in einem Schaltbild die Gleichlaufsteuerung für den Messerschild nach Fig. 1 dargestellt. Aus Gründen der Vereinfachung sind hier nur drei Messerzylinder 16 gezeigt. Es versteht sich aber, daß die Gleichlaufsteuerung: eine erheblich größere Anzahl an Messerzvlindem 16 entsprechend der Anzahl der Vortriebsmesser umfaßt.

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Jedem Messerzylinder 16 ist ein von Hand oder durch Fernbetätigung schaltbar es Schaltventil 21 zugeordnet, welches aüsgangsseitig über eine Druckleitung 22 mit dem Kolbenraum 23 des zugehörigen Messerzylinders 16 verbunden ist. Sämtliche Schaltyentile 21 sind eingangsseitig über eine gemeinsame Leitung 24 an den Ausgang eines Steuerventils 25 angeschlossen. Eingangsseitig ist das Steuerventil 25 mit der Druckleitung 26 einer von einem Motor 27 angetriebenen Pumpe 28 angeschlossen, die das hydraulische Druckmedium aus einem Vorratstank 29 ansaugt. Außerdem weist das Steuerventil 25 zwei mit dem gemeinsamen hydraulischen Rücklauf 30'verbundene Anschlüsse auf. Der Rücklauf 30 ist über eine Leitung 31 an den Vorratstank 29 angeschlossen. In einer die Leitungen 26 und 31 verbindenden Zwischenleitung 32 ist ein Überdruckventil 33 eingeschaltet. Die Pumpe liefert z.B. einen Arbeitsdruck von mindestens 500 bar.

An das Steuerventil 25 ist aüsgangsseitig eine zweite Leitung 34angeschlossen, mit der die Ringräume 35 sämtlicher Messerzylinder 16 jeweils über eine Leitung 36 verbunden sind. In den Leitungen 36 liegt jeweils ein Absperrventil 37, welches als ein über eine hydraulische Steuerleitung 38 ansteuerbares Rückschlagventil ausgebildet ist. Parallel zu jedem Absperrventil 37 ist ein in einer Leitung 39 liegendes eineteilbares Druckbegrenzungsventil 40 angeordnet _o Die Leitungen 39 sind über eine gemeinsame Leitung init der Rücklauf leitung 30 bzw. im Vorratstank 29 verbunden»: : -.;- . -. ^; :""-;■" . " "" \

Jedem Messerzylinder 16 1st ein an sich bekanntes einstellbares Stromregelventil 42 mit einem parallel dazu geschalteten Rückschlagventil 43 zugeordnet. Die Stromregelventile

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liegen jeweils in einer Leitung 44, welche die zu dem Rücklauf führende Leitung 41 mit dem Kolbenraum 23 des zugehörigen Messerzylinders 16 verbindet„ Die Leitungen 44 verlaufen parallel zu den Druckleitungen 22; sie sind "bei 45 mit diesen verbunden. Den Stromregelventilen 42 ist jeweils ein in der Leitung 44 liegendes Sperrventil 46 vorgeschaltet, welches aus einem über eine Steuerleitung 47 ansteuerbaren Rückschlagventil besteht. Die Steuerleitungen sind jeweils mit der zu dem Ringraum 35 des zugehörigen Messerzylinders 16 führenden Druckleitung 36 verbunden. Die den Absperrventilen 37 zugeordneten Steuerleitungen 38 sind hinter den Sperrventilen 46 an die Leitungen 44 angeschlossen.

Die Ausgänge sämtlicher Schaltventile 21 sind über ein Rückschlagventil 48 mit einer gemeinsamen Druckabsicherungs-Sammelleitung 49 verbunden, die einerseits über ein Rückschlagventil 50 an die Leitung 34 und vor dem Rückschlagventil 50 über ein Überdruckventil 51 an die Rücklaufleitung 30 angeschlossen ist.

Die beschriebene Gleichlaufsteuerung arbeitet wie folgt: Bei in Schaltstellung 1 befindlichem Steuerventil 25 ist die Leitung 24 mit der Druckleitung 26 der Pumpe 28 verbunden. Durch Umschalten der Schaltventile 21 lassen sich über die Leitungen 22 die Kolbenräume 23 der Messerzylinder 16 vom Arbeitsdruck beaufschlagen. Auf diese Weise ist es möglich, die Vortriebsmesser10einzeln oder gruppenweise in Vortriebsrichtung V yorzupressen. Die in den Ringräumen 35 der Messerzylinder 16 befindliche Druckflüssigkeit wird beim Vorpressen der Vortriebsmesser über die Leitungen 36 in die mit dem Rücklauf 30 verbundene Leitung 34 ausgeechoben. Hierbei sind die Absperrventile 37 geöffnet, da sie über ihre Steuerleitung 38 mit der druckführenden Leitung 52 verbunden sind_o Die Stromregelventile 42 werden

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dagegen von Ihren Sperrventilen 46 gegenüber der druckführenden Leitung 22 abgesperrt, so daß sie von dem die Kolbenräume 23beaufschlagenden Arbeitsdruck nicht belastet werden.

Um nach dem Vorpressen sämtlicher Vortriebsmesser 10 den gemeinsamen Stützrahmen 11 nachzuziehen, werden sämtliche Messerzylinder 16 auf ihrer Kolbenstangenseite vom hydraulischen Arbeitsdruck beaufschlagt. Zu diesem Zweck wird das Steuerventil 25 in die Schaltstellung 2 gebracht, wodurch die Leitung 34 mit der Pumpendruckleitung 26 verbunden wird. Die Druckflüssigkeit fließt über die Zweigleitungen 36 und die sich öffnenden Absperrventile 37 in die Ringräume 35 der Messerzylinder 16, wodurch diese einschieben. Die hierbei aus den Kolbenräumen 23 der Messerzylinder 16 verdrängte Druckflüssigkeit fließt über die Leitungen 44 und die entsperrten Sperrventile 46 sowie die "Stroraregelventile 42 und die Leitung 41 in den Rücklauf 30.Hierbei sind die Sperrventile 46 geöffnet, da ihre hydraul1sehen 4nsteuerleitungen 47 mit der druckführenden Leitung 36 verbunden sind. Auf diese Weise wird beim Nachziehen des Stützrahmens 11 eine Gleichlaufsteuerung bewirkt. Da die Ringfläche der den Messerzylindern zugeordneten Kolben kleiner ist als die volle Kolbenfläche dieser Kolben, ergibt sich beim Einschub der Messerzylinder -1.6 in deren Kolbenraum 23 ein um das Untersetzungsverhältnis der Kolbenflächen geringerer Druck in den Kolbenräumen 23i so daß auch die den Abfluß aus den Kolbenräumen 23 regelnden Stromregelventile 42 nur von diesem verminderten Druck belastet werden. Mit Hilfe der im Ablauf angeordneten Stromregelventile 42 ist es daher möglich, den Stützrahmen 11 des Messerschildes unter Ausnutzung des hohen Arbeitsdruckes von z.B. etwa 500 bar nachzuziehen, ohne daß die Stromregelventile 42 diesem hohen Arbeitsdruck ausgesetzt sind. Es versteht sich, daß beim Nach-

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ziehen des »Stützrahmens 11 dj.p Schaltventile 21 sich in Snerrstellung befinden.

Die vorstehend beschriebene Gleichlaufsteuerung arbeitet auch dann, wenn auf die Anordnung der Ventilvorrichtungen 37, 40 in den zu den Ringräumen 35 der Messerzylinder führenden Leitungen 36 verzichtet wird. Werden diese Ventilvorrichtungen vorgesehen, so läßt sich hiermit erreichen, daß beim Durchfahren einer Kurve insbesondere die an der Kurvenaußenseite befindlichen Vortriebsmesser hydraulisch mit dem Stützrahmen 11 verriegelt sind, so daß durch Vorschub der an der Kurveninnenseite befindlichen Vortriebsmesser die für die Richtungsänderung erforderliche Schrägstellung des Stützrahmens 11 begünstigt wird. Eine solche Anordnung ist in der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 29 04 087.7 beschrieben.

Da sämtliche Druckleitungen 22 über die Rückschlagventile 48 und die gemeinsame Druckabsicherungs-Sammelleitung 49 an das Überdruckventil 51 angeschlossen sind, wird verhindert, daß sich in den Kolbenräumen 23 und den hiermit verbundenen Leitungen ein unzulässig hoher Druck aufbaut*

Die vorstehend beschriebene Gleichlaufsteuerung läßt sich auch so ausbilden, daß einzelne Vortriebsmesser im Bedarfsfall zurückgefahren werden können. In diesem Fall können in den zu den Ringräumen 35 führenden Leitungen oder aber in den mit den Kolbenräumen 23 verbundenen Ablaufleitungen entsprechende Schaltventile angeordnet werden, welche einen differenzierten Einschub der einzelnen Messerzylinder 16 ermöglichen.

In Fig. 3 ist vereinfacht für nur einen einzigen Messerzylinder 16 eine geänderte Ausführungsform d^r Gleichlaufsteuerung dargestellt. Der Unterschied zu der Anordnung

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Pip·. ? besteht darin, daß die die Stromregelventile 4? überbrückenden Rückschlagventile 43 hier in den Druckleitungen °? angeordnet sind_o Das Stromregelventil 4?. und das ansteu°T»b=ire ^^rrv^ntil 46 biegen hier in Reihe hintereinander parallel zu dem Rückschlagventil 43 _r wobei das Stromregolventil 4? gegenüber der Druck!eitung 22 durch ein weiteres Rückschlagventil 52 abgesichert ist, ^o daß die P^rallelleitunp: 44 nur von dem Qbl^uf aus dem KoIbenrnum ?3 durchflossen wird. Da somit ^uch hier die Rtrpmrpgoiventile b^im Nachziehen des ^tützrahmens im Ablauf liefen, ^^rden sie gegenüber einer Anordnung im Vorlauf von einer größeren Rückströmmenge durchströmt, was im Hinblick ^uf die Genauigkeit der EinstelTung der Stromvorteilhaft ist,..

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Leerseife

Claims

Patentansprüche

1. Gleichlaufsteuerung für die zwischen den Vortriebsmessern und dem Stützrahmen des Messerschildes angeordneten doppeltwirkenden Messerzylinder, mit in tr/-draulischen Verbindungsleitungen der Messerzylinder angeordneten Stromregelventilen und Schaltventilen, durch deren Betätigung die Messerzylinder einzeln oder gruppenweise ausfahrbar sind, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Stromregelventile (42) in die Kolbenräume (23) der Messerz3'--linder (16) mit dem Rücklauf (30) verbindenden Leitungen (44) angeordnet sind, die von den die Schaltventile (21) mit den Kolbenräumen (23) verbindenden Druckleitungen (22) überbrückt sind, und daß den Stromregelventilen (42) Sperrventile (46) vorge-

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schaltet sind, die bei Druckbeaufschlagung der Ringräume (35) der Messerzylinder (16) selbsttätig entsperrbar sind.

2. Gleichlaufsteuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichne t , daß die Sperrventile (46) aus hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventilen bestehen, deren Ansteuerleitungen (4?) mit den zu den Ringräumen (35) der Messerzylinder (16) führenden Anschlußleitungen (36) verbunden sind«

3. Gleichlaufsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn ζ-e"i c h net, daß in den zu den Ringräumen (55) der Messerzylinder (.1.6·) führenden Anschlußleitungen (36) von Druckentlastungsventilen (40) überbrückte hydraulisch entsperrbare Absperrventile (37) angeordnet sind, deren Ansteuerleitungen (38) mit den zu den Kolbenräumen (23) der Messerzylinder führenden Druckleitungen verbunden sind,

4. Gleichlaufsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net , daß die Stromregelventile (42) überbrückende Rückschlagventile (43) in den die Schaltventile (21) mit den Kolbenräumen (23) der Messerzylinder verbindenden Druckleitungen (22) liegen.

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