AT513667A2 - Untergrundbohrmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Untergrundbohrmaschine weist einen Fahrzeugrahmen, einen Ausleger und einenBohrfräskopf auf. Der Ausleger weist ein erstes Ende, das an den Fahrzeugrahmenangeschlossen ist, und ein zweites Ende auf. Der Bohrfräskopf weist ein Drehgelenk,einen ersten Arm und einen zweiten Arm auf, der vom ersten Arm winkelbeabstandetist. Das Drehgelenk definiert eine Drehachse und lagert den Bohrfräskopf zur Drehungim Hinblick auf das zweite Ende des Auslegers. Der erste Arm weist ein erstes Ende,das an das Drehgelenk angeschlossen ist, ein zweites Ende, und mindestens einenScheibenfräser auf, der an den ersten Arm angeschlossen und zum Angriff an derWand ausgerichtet ist. Der erste Arm erstreckt sich vom ersten Ende zum zweitenEnde in einer Ebene, die senkrecht zur Drehachse ist. Der zweite Arm weist ein erstesEnde, das an das Drehgelenk angeschlossen ist, ein zweites Ende, und mindestenseinen Scheibenfräser auf, der an den zweiten Arm angeschlossen und zum Angriff ander Wand ausgerichtet ist. Der zweite Arm erstreckt sich vom ersten Ende zumzweiten Ende in einer Ebene, die senkrecht zur Drehachse ist.

Description

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UNTERGRUNDBOHRMASCHINE

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 3. August 2010 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung 61/370,342, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme mit aüfgenömmen wird.

HINTERGRUND

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bergbauausrüstung und insbesondere auf eine Untergrundbohrmaschine/Vortriebsmasehine.

Herkömmliche Untergrundaushubmaschinen stellen einen rotierenden Fräskopf bereit, um einen Eingang oder Tunnei in einer Wand aus Material herzustellen. Der Fräskopf umfasst einen Fräsmechanismus zum Herausbrechen von Material aus der Wand.

Diese Aushubmaschinen haben Schwierigkeiten beim Verändern der Richtung des Tunnels, da es dies oftmals erforderlich macht, die Ausrichtung der gesamten Bohr* maschine zu verändern. Dies kann eine komplizierte Aufgabe sein, da sie es erfordert, die Bohrmaschine innerhalb der Grenzen des ausgehöbenen Tunnels zu manövrieren. Außerdem kann der Fräsmechanismus herkömmlicher Bohrmaschinen hohe Belastungen entwickeln, was die Nutzungsdauer der Maschine senkt und häufige Wartung erforderlich macht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In einer Ausführungsform stellt die Erfindung eine Untergrundbohrmaschine zum Hersteilen eines Tunnels in einer Wand bereit, wobei die Maschine einen Fahrzeugrahmen, einen Ausleger und einen Bohrfräskopf aufweist. Der Ausleger weist ein erstes Ende, das an den Fahrzeugrahmen angeschlossen ist, und ein zweites Ende auf. Der Bohrfräskopf weist ein Drehgelenk, einen ersten Arm und einen zweiten Arm auf, der vom ersten Arm winkelbeäbstandet ist. Das Drehgelenk definiert eine Drehachse und lagert den Bohrfräskopf zur Drehung im Hinblick auf das zweite Ende des Auslegers. Der erste Arm weist ein erstes Ende, das an das Drehgelenk angeschiossen 2/27 2 ·« ·· ·· · · • · · · • · ·« • « · » · ·.

• · ο « · • · ist, ein zweites Ende, und mindestens einen Scheibenfräser auf, der an den ersten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet ist. Der erste Arm erstreckt sich vom ersten Ende zum zweiten Ende in einer Ebene, die senkrecht zur Drehachse ist. Der zweite Arm weist ein erstes Ende, das an das Drehgelenk angeschlossen ist, ein zweites Ende, und mindestens einen Scheibenfräser auf, der an den zweiten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet ist. Der zweite Arm erstreckt sich vom ersten Ende zum zweiten Ende in einer Ebene, die senkrecht zur Drehachse ist.

In einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung eine Untergrundbohrmaschine zum Herstellen eines Tunnels in einer Wand bereit. Die Untergrundbohrmaschine ist auf einem Boden gelagert, der eine Bodenebene definiert, und die Untergrundbohrmaschine weist einen Fahrzeugrahmen, einen Ausleger und einen Bohrfräskopf auf. Der Fahrzeugrahmen lagert die Untergrundbohrmaschine am Boden und definiert eine Rahmenachse, die parallel zur Bodenebene ist. Der Ausleger weist ein erstes Ende, das gleitbeweglich an den Fahrzeugrahmen angeschlossen ist, ein zweites Ende, einen ersten Abschnitt, der sich nahe dem ersten Ende befindet, einen zweiten Abschnitt, der schwenkbeweglich an den ersten Abschnitt angeschlossen ist, und einen dritten Abschnitt auf, der sich nahe dem zweiten Ende befindet und schwenkbeweglich an den zweiten Abschnitt angeschlossen ist. Der Bohrfräskopf weist ein Drehgelenk, einen ersten Arm und einen zweiten Arm auf, der vom ersten Arm winkelbeabstandet ist. Das Drehgelenk definiert eine Drehachse und ist drehbeweglich an das zweite Ende des Auslegers angeschlossen. Der erste Arm weist ein erstes Ende, das an das Drehgelenk angeschlossen ist, ein zweites Ende, und mindestens einen Scheibenfräser auf, der an den ersten Arm angeschiossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet ist. Der zweite Arm weist ein erstes Ende, das an das Drehgelenk angeschlossen ist, ein zweites Ende, und mindestens einen Scheibenfräser auf, der an den zweiten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet ist, Der zweite Auslegerabschnitt verschwenkt sich im Hinblick auf den ersten Ausiegerabschnitt um eine erste Achse, die im Wesentlichen senkrecht zur Rahmenachse ist. Der dritte Auslegerabschnitt verschwenkt sich im Hinblick auf den zweiten Auslegerabschnitt um eine zweite Achse, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Achse Ist, und der Bohrfräskopf dreht sich im Hinblick auf das zweite Ende des Auslegers um die Drehachse, 3/27

In noch einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung einen Fräskopf zum Durchbohren einer Wand bereit, wobei der Fräskopf eine Drehdurchführung, einen ersten Arm und einen zweiten Arm aufweist. Die Drehdurchführung definiert eine Drehachse und lagert den Fräskopf zur Drehung um die Drehachse. Der erste Arm weist ein erstes Ende, ein zweites Ende und mindestens einen Scheibenfräser auf. Das erste Ende ist an die Drehdurchführung angeschlossen. Der erste Arm erstreckt sieh vom ersten Ende zum zweiten Ende in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse ist. Der mindestens eine Scheibenfräser ist an den ersten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet. Der zweite Arm ist vom ersten Arm winkelbeabstandet. Der zweite Arm weist ein erstes Ende, ein zweites Ende, und mindestens einen Scheibenfräser auf. Das erste Ende ist an die Drehdurchführung angeschlossen. Der zweite Arm erstreckt sich auf eine Weise vom ersten Ende zum zweiten Ende, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse ist. Der mindestens eine Scheibenfräser ist an den zweiten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet.

Andere Aspekte der Erfindung werden durch eine Betrachtung der ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen offensichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN FIG. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bohrmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. FIG. 2 ist eine Seitenansicht der Böhrmaschine von FIG. 1. FIG. 3 ist eine Draufsicht auf die Bohrmaschine von FIG. 1. FIG. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, aufgenommen von der Seite der Bohrmaschine von FIG. 3. FIG. 5 ist eine Draufsicht auf die Bohrmaschine von FIG. 1, wobei ein Bohrfräskopf auf der linken Seite angelenkt ist. FIG, 6 ist eine Vorderansicht der Bohrmaschine von FIG. 1. 4 4 # · ·«. · »' # • · · ·· ·»« • f ♦ » • · 0 · · FIG. 7 ist eine perspektivische Schnittansicht des Bohrfräskopfs. FIG. 8 ist eine Seitenansicht des Bohrfräskopfs. FIG. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Pröfilierungsfräskopfs.

Bevor irgendwelche Ausfüh rungsformen der Erfindung ausführlich erläutert werden, sollte klar sein, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und Komponentenanordnungen beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den felgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung ist zu anderen Ausführungsformen oder zur praktischen Umsetzung oder zur Ausführung auf verschiedene Weisen in der Lage.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG FIG. 1 und FIG. 2 stellen eine Untergrundbohrmaschine 10 zum Angriff an einer (nicht gezeigten) Wand zur Herstellung eines Tunnels oder Eingangs in der Wand dar. Die Bohrmaschine 10 weist einen Fahrzeugrahmen 18, einen Ausleger 22, einen Bohrfräskopf 26, ein Paar Profilierungsfräsköpfe 30, ein Stabilisationssystem 34 und ein Materialabtransportsystem 38 auf. Der Rahmen 18 definiert eine Rahmenachse 46 (FIG. 3) und umfasst ein Paar Laufketten 50, um den Fahrzeugrahmen 18 auf einem Boden oder einer Auflagefläche abzustützen. In anderen Ausführungsformen kann der Rahmen 18 ein hydraulisches Schreitwerk oder einen hydraulischen Schiebemechä-nismus umfassen, und kann weniger oder mehr Profilierungsfräsköpfe 30 haben. Der Rahmen 18 kann auch (nicht gezeigte) zusätzliche Pumpenstationen und Netzaggregate umfassen, um dem Bohrfräskopf 26 und den ProfilierungsfräskÖpfen 30 primäre Antriebsenergie bereitzustellen.

Wie in FIG. 3 und FIG. 4 gezeigt ist, Weist der Ausleger 22 ein erstes Ende 58 (FIG. 4), ein zweites Ende 62, einen ersten Abschnitt 66 (FIG. 4), der sich nahe am ersten Ende 58 befindet, einen zweiten Abschnitt 70, der schwenkbeweglich an den ersten Abschnitt 66 angeschlossen ist, einen dritten Abschnitt 74, der sich nahe am zweiten Ende 62 befindet und schwenkbeweglich an den zweiten Abschnitt 70 angeschlossen ist, VorSChubzylinder 78 (FIG. 2 und FIG. 4), ein VertikäiStellglied 82 (FIG. 2) und 5/27 5 • · · ♦· · · • · · • t ♦ · · · · eine Horizontalstellglied 86 auf. So wie der Begriff „horizontal" und Varianten davon in dieser Anmeldung verwendet werden, bezieht er sich auf eine Richtung in einer Ebene, die parallel zum Boden ist. So wie der Begriff «vertikal" und Varianten davon in dieser Anmeldung verwendet werden, bezieht er sich auf eine Richtung in einer Ebene, die senkrecht zum Boden ist. Das erste Ende 58 des Auslegers 22 ist beispielsweise über eine (nicht gezeigte) Schiene an den Fahrzeugrahmen 18 angeschlossen, was den Ausleger 22 in einer Richtung parallel zur Rahmenachse 46 gleitend ein- und ausfahren lässt. Die Vorschubzylinder 78 treiben das erste Ende 58 des Auslegers 22 an, um den Ausleger 22 im Hinblick auf den Fahrzeugsrahmen 18 zu bewegen.

Der zweite Abschnitt 70 des Auslegers 22 ist über ein erstes Drehgelenk 90 (FIG. 4), das eine erste Achse 94 definiert, schwenkbeweglich an den ersten Abschnitt 66 des Auslegers 22 angeschlossen. Der zweite Abschnitt 70 verschwenkt sich im Hinblick auf den ersten Abschnitt 66 um die erste Achse 94. In der dargestellten Ausführungsform treiben die Vertikalstellglieder 82 den zweiten Abschnitt 70 zur Drehung um die erste Achse 94 an. Die erste Achse 94 ist im Wesentlichen senkrecht zur Rahmenachse 46, und ist im Wesentlichen parallel zum Boden. Somit verändert eine Drehung des zweiten Abschnitts 70 um die erste Achse 94 die Höhenlage oder vertikale Höhe des zweiten Endes 62 des Auslegers 22.

Der dritte Abschnitt 74 des Auslegers 22 ist über ein zweites Drehgelenk 98, das eine zweite Achse 102 definiert, schwenkbeweglich an den zweiten Abschnitt 70 des Auslegers 22 angeschlössen. Der dritte Abschnitt 74 verschwenkt sich im Hinblick auf den zweiten Abschnitt 70 um die zweite Achse 102 (FIG. 4). Wie in FIG. 5 gezeigt ist, treiben die Horizontalstellglieder 86 den dritten Abschnitt 74 zur Drehung um die zweite Achse 102 an. Die zweite Achse 102 ist im Wesentlichen senkrecht zur ersten Achse 94 und im Wesentlichen senkrecht zur Rahmenachse 46. Somit verändert eine Drehung des dritten Abschnitts 74 um die zweite Achse 102 die horizontale Ausrichtung des zweiten Endes 62 des Auslegers 22. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei den Vertikalstellgliedern 82 und den Horizontalstellgiiedern 86 um Hydraulikzylinder.

In anderen Ausführungsförmen kann ein Drehstellantrieb, der ein Getriebegehäuse umfasst, an die Drehgelenke 90, 98 angeschlossen sein, um den zweiten Abschnitt 70 6/27 6 ·» »··* • • · • • • ·; • • * • · · · f« ··· • • • · ·· « « * • • ·. · • • • ·' · * ·· »« • · M* und den dritten Abschnitt 74 anzulenken. Auch kann das erste Drehgelenk 90 vertikal angeordnet sein, um die horizontale Ausrichtung des zweiten Endes 62 des Auslegers 22 zu steuern, und das zweite Drehgelenk 98 kann horizontal angeordnet sein, um die vertikale Stellung des zweiten Endes 62 des Auslegers 22 zu steuern.

Mit Bezug auf FIG. 3 weist der Bohrfräskopf 26 ein Drehsockelgelenk 110 (FIG. 4), einen (nicht gezeigten) Motor, einen Körper 118, einen ersten Arm 126 und einen zweiten Arm 130 (FIG. 6) auf. Das Drehsockelgelenk 110 definiert eine Drehachse 134 und umfasst ein Halterungsteil 142 und einen Drehkoppler 146. Das Halterungsteil 142 ist an das zweite Ende 62 des Auslegers 22 angeschlossen, und ist drehbeweglich an den Drehkoppler 146 angeschlossen. Der Drehkoppler 146 ist am Körper 118 des Bohrfräskopfs 26 angebracht. Der Drehkoppler 146 kann sich im Hinblick auf das Halterungsteil 142 kontinuierlich drehen, was eine kontinuierliche Drehung des Bohrfräskopfs 26 im Hinblick auf das zweite Ende 62 des Auslegers 22 ermöglicht. Der Motor ist im Halterungsteil 142 angeordnet und treibt den Drehkoppler 146 zur Drehung um die Drehachse 134 an. Wie in FIG. 6 dargestellt ist, dreht sich der Bohrfräskopf 26 im Gegenuhrzeigersinn, Das Drehsockelgelenk 110 lagert eine Hydraulik-, Elektro- Und Unterdruckleitung zum Anschluss an den Motor und andere Komponenten im Bohrfräskopf 26 während sich der Bohrfräskopf 26 dreht. Drehsockelgelenke sind auf dem Gebiet allgemein bekannt, und deshalb wird hier keine weitere Beschreibung von ihnen geboten.

Wie in FIG. 6 und FIG. 7 gezeigt ist, ist der Körper 118 hinter dem ersten Arm 126 und dem zweiten Arm 130 angeordnet und definiert einen innen liegenden Hohlraum 158 (FIG. 7). In der dargestellten Ausführungsform ist der Körper 118 allgemein als eine flache Scheibe mit einem Durchmesser geformt, der im Wesentlichen gleich der zusammengenommenen Länge des ersten Arms 126 und des zweiten Arms 130 ist, und umfasst vier Ansaugkanäle 162. Der Körper 118 dreht sich mit dem Halterungsteil 142 um die Drehachse 134. Die Kanäle 162 sind so angeordnet, dass sie dem ersten Arm 126 und dem zweiten Arm 130 folgen, wenn sich die Arme 126, 130 drehen, und die Kanäle 162 sammeln das Material, das von der Wand freigesetzt wird, und leiten das Material in den innen liegenden Hohlraum 158. In anderen Ausführungsformen kann der Körper 188 weniger oder mehr Kanäle 162 umfassen, und kann eine andere Form oder Größe haben. Beispielsweise kann es sich bei dem Körper 118 um ein 7/27 7 • · • · • · ♦ ·· · • · · einfaches Gestell zum Lagern des ersten Arms 126 und des zweiten Arms 130 handeln.

Wieder mit Bezug auf FIG. 3 und FIG. 6 weist der erste Arm 126 ein erstes Ende 170, ein zweites Ende 174 und mehrere Seheibenfräser 178 auf, die an den ersten Arm 126 angesehlossen sind. Der erste Arm 126 ist an den Körper 118 angeschlossen und ist im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 134. Der zweite Arm 130 weist auch ein erstes Ende 186, ein zweites Ende 190 und mehrere Scheibenfräser 178 auf, die an den zweiten Arm 130 angesehlossen sind. Der zweite Arm 130 ist an den Körper 118 angeschlössen und ist im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 134. Der erste Arm 126 und der zweite Arm 130 drehen sieh mit dem Körper 118 um die Drehachse 134.

In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich der erste Arm 126 und der zweite Arm 130 radial von der Drehachse 134. Der erste Arm 126 und der zweite Arm 130 sind um einen Winkel von 180ö voneinander beabstandet, und der erste Arm 126 und der zweite Arm 130 sind als ein einheitliches Teil ausgebildet. In anderen Ausführungsformen kann sich der erste Arm 126 und optional der zweite Arm 130 auf eine bogenförmige Weise von der Drehachse 134 erstrecken, so dass der erste Arm 126 und der zweite Arm 130, entlang der Drehachse 134 gesehen, eine Spiralform haben. Der erste Arm 126 und der zweite Arm 130 können auch so ausgebildet sein, dass sie einen geraden Abschnitt und einen bogenförmigen Abschnitt haben. In anderen Ausführungsformen können der erste Arm 126 und der zweite Arm 130 um einen anderen Winkel voneinander beabstandet sein, und der erste Arm 126 und der zweite Arm 130 können als zwei separate Teile ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann der Bohrfräskopf 26 weniger oder mehr Arme äufweisen.

Wie in FIG, 8 gezeigt ist, definieren der erste Arm 126 und der zweite Arm 130 eine Montagefläche 202 nahe dem Vorderteil des Bohrfräskopfs 26. In der däf gestellten Ausführungsform hat die Mbhtagefläche 202 eine konvexe Form, die durch den ersten Arm 126 und den zweiten Arm 130 definiert ist. Die Montagefläche 202 erstreckt sich nahe dem ersten Ende 170 des ersten Arms 126 und nahe dem ersten Ende 186 des zweiten Arms 130 vom Fahrzeugrahmen 18 weiter nach vorn. Die Montagefläche 202 verjüngt sich nahe dem zweiten Ende 174 des ersten Arms 126 und dem zweiten Ende 190 des zweiten Arms 130 zum Fahrzeugsrahmen 18 hin. Diese konvexe Form mindert die auf die Scheibenfräser 178 wirkende Belastung, wenn sie in die Wand aus Material 8/27 8 · «r bohren. In anderen Ausführungsformen kann die Montagefläche 202 mehr oder weniger verjüngt sein, um eine tiefere oder flachere konvexe Form zu bilden, oder die Montagefläche 202 kann eine flache Form haben.

Die Scheibenfräser 178 sind im ersten Arm 126 und zweiten Arm 130 zum Angriff an der Wand montiert. Jeder Scheibenfräser 178 ist unabhängig dreh beweglich, um für einen gleichmäßigen Kontakt und ein symmetrisches Aushubmuster zu sorgen. Die Scheibenfräser 178 minimieren ungefräste Absätze oder Stufen und stellen ein sauberes Flächenprofil bereit. Wieder mit Bezug auf FIG. 3 sind die Scheibenfräsen 178 in einem Anstellwinkel 210 im Hinblick auf eine Ebene 206 ausgerichtet, die tangential zur Montagefläche 202 ist, und die Scheibenfräser 178 greifen an der Wand an, wenn sich der erste Arm 126 und der zweite Arm 130 um die Drehachse 134 drehen. In der dargestellten Ausführungsform weist der erste Arm 126 und der zweite Arm 130 jeweils vier Scheibenfräser 178 auf, und der Anstellwinkel beträgt ca. 10° im Hinblick auf die Ebene 206. In anderen Äusführungsformen kann jeder Arm weniger oder mehr Scheibenfräser 178 aufweisen.

Der Böhrfräsköpf 26 umfasst eine Trägheitsmasse, die in den Körper 118 integriert ist, um die dynamische Belastung der Seheibenfräser 178 aufzufangen. Die Masse ist so angeordnet, dass dem Bohrfräskopf 26 eine relative Steifigkeit und Dämpfungseigenschaften verliehen werden, um die allgemeinen Stoß- und Schwingungspegel innerhalb annehmbarer Maschinenkonstruktionsgrenzen zü halten. Die Masse koppelt die dynamische Belastung vom Rest der Bohrmaschine 10 ab.

Wenn sich der Bohrfräskopf 26 (im Gegenuhrzeigersinn wie in FIG. 6 gezeigt) dreht, ist die Vorderkante jedes Scheibenfräsers 178 nach vorn geneigt. Dies ist in FIG. 8 am besten dargestellt. Jeder Scheibenfräser 178 dreht sich um eine Achse (nicht gezeigt), die senkrecht zur Montagefläche 202 ist, und der Scheibenfräser 178 trägt Material in der Wand ab und bricht es auseinander. Jeder Scheibenfräser 178 ist an eine In jedem Arm 126, 130 enthaltene Trägheitsmasse wie etwa Blei angeschlossen. In der dargestellten Ausführungsform sind vier Seheibenfräser 178 an jeden Arm 126, 130 angeschlossen, und der Anstellwinkel 210 beträgt ea. 10°. In anderen Ausführungsformen können weniger oder mehr Scheibenfräser 178 an jedem Arm 126 und 130 montieft seih, und die Scheibenfräser 178 können in einem anderen Anstellwinkel 210 ausgeriehtet sein. 9/27

In einer (nicht gezeigten) anderen Ausführungsform kann jeder Scheibenfräser 178 eine mit einem Dehnungsmessgerät ausgestattete Kraftmesszelle umfassen, die die Fräskraft am Scheibenfräser 178, 194 misst. Die Kraftmesszelle umfasst mehrere Messpunkte, um lineare Kräfte in drei Dimensionen sowie ein Drehmoment um die Drehachse der Seheibenfräser 178 quantitativ zu bestimmen. Diese Daten werden an ein Steuersystem übertragen (nicht gezeigt), das eine Rückmeldung aus der Kraftmesszelle empfängt* um die Fräsgeschwindigkeiten zu steuern.

Wie in FIG. 3 und FIG. 9 gezeigt ist, sind die Profilierungsfräsköpfe 30 hinter dem Bohrfräskopf 26 und nahe dem Boden angeordnet. Jeder Profilierungsfräskopf 30 enthält eine integrierte Trägheitsmasse, die dem Profilierungsfräskopf 30 eine relative Steifigkeit und Dämpfungseigenschaften verleiht. Die Trägheitsmasse hält die allgemeinen Stoß- und Sehwingungspegei innerhalb annehmbarer Maschinenkonstruktionsgrenzen. In der dargestellten Ausführungsform umfasst jeder Profilierungsfräskopf 30 fünf Scheibenfräser 178, und jeder Profilierungsfräskopf 30 kann anhand von Hydraulikzylindern 218 gedreht werden, um die Ausrichtung der Scheibenfräser 178 im Hinblick auf die Wand zu ändern und den Anstellwinkel 210 einzustellen. In anderen

Ausführungsformen kann der Profilierungsfräskopf 30 weniger oder mehr Scheibenfräser 178 aufweisen, und der Profilierungsfräskopf 30 kann anhand eines Drehstellantriebs wie etwa eines Zahnradantriebs gedreht werden. Mit Bezug auf FIG. 6 räumen die Profilierungsfräsköpfe 30, wenn der Bohrfräskopf 26 die Materialwand durchdringt, Material nahe dem Boden weg, um einen rechteckigen Schnitt im unteren Teil eines Aushubprofils 222 bereitzustellen, wodurch eine Bahn für die Laufketten 50 geschaffen und ein flacher Boden und flache Wände gebildet werden. Anders ausgedrückt, machen die Profilierungsfräsköpfe 30 die Seiten des Tunnels beim Vorrücken der Bohrmaschine 10 eckig. Jeder Profilierungsfräskopf 30 kann unabhängig gedreht werden, um auch wenn sich der Bohrfräskopf 26 dreht für einen gleichmäßigen Kontakt und ein symmetrisches Abtragmuster zu sorgen. Die Profilierungsfräsköpfe 30 minimieren ungefräste Stufen und stellen ein sauberes Flächenprofil bereit.

Wie in den FIGUREN 1 bis 3 gezeigt ist, umfasst das Stabilisierungssystem 34 vier Stabilisatorzylinder 230 und sechs Greifer 234. Jeder der Stabilisatorzylinder 230 ist an einer Ecke des Fahrzeugrahmens 18 angeördnet. In anderen Ausführungsformen kann das Stabilisierungssystem 34 weniger oder mehr Stabilisatorzylinder 230 und 10/27 10 10 • • • * • • • » · • • • • « * e '· + .#,· • · · · * * · ·; • ··« · · * · * « * · «4 ·· · *

Greifer 234 umfassen. Jeder Stabilisatorzyllnder 230 umfasst eine Kopfplatte 238 zum Angriff am Boden oder der Auflagefläche. Die Zylinder 230 sind ausfahrbar, um zu ermöglichen, dass die Bohrmaschine 10 während des Bohrbetriebs von den Laufketten 50 abgehoben gestützt werden kann. Ähnlich sind die Greifer 234 von der Oberseite des Fahrzeugsrahmens 18 aus ausfahrbar, um den Decken- oder Tunneläbschnitt abzustützen, der sich über der Bohrmaschine 10 befindet.

Wie in FIG. 2 gezeigt ist, umfasst das Materialabtransportsystem 38 eine Saugquelle 242, einen Unterdruckkanal 246, der in Fluidverbindung mit dem innen liegenden Hohlraum 158 des Körpers 118 steht, einen Sammler 250 und ein Förderband 254, das an der Rückseite des Fahrzeugrahmens 18 angebracht ist. Die Saugquelle 242 ist am Fahrzeugrahmen 18 angeordnet und stellt einen Unterdrück in den Ansaugkanälen 162, dem innen liegenden Hohlraum 158 und dem Unterdruckkanal 246 bereit. Der Unterdruckkanal 246 verläuft vom innen liegenden Hohlraum 158 des Körpers 118 durch das Drehsockelgelenk 110 und in den Sammler 250. Der Unterdruckkanal 246 kann aus einem flexiblen Material gebaut sein, um sich der Bewegung des Bohrfräs-kopfs 26 anzupassen. Der Sammler 250 ist am Fahrzeugrahmen 18 angeordnet und trennt das freigesetzte Material von etwaigem Wasser im Sammler 250. Nach dem Trennen wird das Material zum Förderband 254 übertragen, das wiederum das Material zu einem (nicht gezeigten) Fördersystem befördert, um es von der Bohrmaschine 10 weg zu transportieren.

In einer (nicht gezeigten) anderen Ausführungsform kann das Material, nachdem es vom Wasser getrennt wurde, durch ein Röhr unter Saugdruck von der Bohrmaschine 10 weg transportiert werden. In einer (nicht gezeigten) anderen Ausführungsform umfasst der Bohrfräskopf 26 ein Mitnahmesystem, um Material abzufangen, das durch die an der Wand angreifenden Seheibenfräser 178 freigesetzt wurde. Das Mitnahmesystem kann mehrere Wassersprühblöcke umfassen, um den Schmutz und Staub aus der Wand zu befeuchten und zu verhindern, dass sich der Schmutz am Bohrfräskopf 26 und den Profilierungsfräsköpfen 30 vorbei zur Rückseite der Maschine 10 begibt. Während des Betriebs sind die Stabilisatorzylinder 230 ausgefahren, um die Bohrmaschine 10 von den Lauf ketten 50 abzuheben und sicherzustellen, dass der Fahrzeugrahmen 18 die Waage hält. Zusätzlich sind die Greifer 234 ausgefahren, um an der Decke anzugreifen und eine Äbstützung über der Bohrmaschine 10 zu bieten. Wäh- 11/27 11 4. • · • 4 4 • 4 4 4: 4 4: • • · • 4 • • • · * · 4' 4 4 4 4 44: • 4 4 4 4 4 · 44' 44 4 44 · 4 4 • • • 4 4. ·· 44 4 44 rend der Fahrzeugrahmen 18 in der abgestützten Stellung ist, wird der Ausleger 22 verschwenkt, um den Bohrfräskopf 26 in der richtigen Richtung zum Ausheben eines Eingangs Oder Tunnels auszurichten. Der Ausleger 22 gleitet im Hinblick auf den Fahrzeugrahmen 18, um den Bohrfräskopf 26 entlang der Drehachse 134 auszufahren und tiefer in die Wand zu bohren. Alternativ kann die Bohrmaschine 10 betrieben werden, während der Fahrzeugrahmen 18 auf den Laufketten gelagert ist (d.h. ohne die Stabilisatorzylinder und Greifer auszufahren], so dass das Gewicht der Bohrmaschine 10 den BohrffäSkOpf 26 stabilisiert. Die Profilierungsfräsköpfe 30 werden auch so angeordnet, dass sie an dem Abschnitt der Wand zwischen dem Bohrfräskopf 26 und dem Boden angreifen.

Der Bohrfräskopf 26 wird vom Motor angetrieben, damit er sich um die Drehachse 134 dreht. Wenn sich der Bohrfräskopf 26 dreht, greifen die Scheibenfräser 178 mit dem Anstellwinkel 210 an der Wand an, wodurch bewirkt wird, dass Material abgetragen und aus der Wand heraus gebrochen wird. FIG. 8 zeigt die Ausrichtung der Scheibenfräser 178 an jedem Arm 126 und 130. In der dargestellten Ausführungsform greifen die Scheibenfräser 178 nahe der Drehachse 134 zuerst an der Wand an, und die Scheibenfräser 178, die sich zunehmend weiter weg vom Drehsockeigelenk 110 befinden, greifen an der Wand an, wenn der Bohrfräskopf 26 in die Wand bewegt wird. Wenn die Bohrmaschine 10 durch die Wand vorrückt, greifen die Profilierungsfräsköpfe 30 an einem Abschnitt der Wand unter dem Bohrfräskopf 26 und über dem Boden an, wodurch das in FIG. 6 dargestellte Aushubprofil 222 ausgebildet wird. Die Profilierungsfräsköpfe 30 erweitern das Fräsprofil des Bohrfräskopfs 26, wodurch es dem Fährzeügfahmen 18 ermöglicht wird, durch die Wand vorzurücken. Die Profilierungsfräsköpfe 30 können ein- und ausgefahren werden, um die Breite des unteren Abschnitts zu verändern.

Wenn Material aus der Wand freigesetzt wird, zieht eine Saugwirkung das Material durch die Ansaugkanäle 162 und in den innen liegenden Hohlraum 158. Das Material geht dann in den Unterdruckkanal 246 über und wird in den Sammler 250 transportiert. Nachdem der Sammler 250 das Material von etwaigem Wasser getrennt hat, wird das Material auf dem Förderband 254 auf der Rückseite der Maschine 10 abgelegt. Das Förderband 254 transportiert das Material zum Fördersystem, das das Material von der Bohrmaschine 10 weg transportiert. 12/27 12 • « 0 · Φ * • * • · • » » * • * ·. » • • Μ ··· • · · » * · * ·

Die Maschine 10 ist mit einem Bordsteuerungs- und Automatisierungssystem versehen, das die Maschine wie vorstehend beschrieben betreibt, einschließlich der Steuerung einer Ausrichtung des Auslegers 22 durch Fernsteuerung, Bordbedienpersonen oder beides. Die Drehgelenke 90, 98 können Sensoren zur Überwachung der Größe der Reaktionskräfte beim Fräsen umfassen, so dass das Automatisierungssystem die Stellung der Vorschubzylinder 78 auf Grundlage einer Rückmeldung von den Fräskraftsensoren steuert. Derartige Sensoren können beispielsweise Winkelaufnehmer, Kraftmesszellen und/oder Dehnungsmessgeräte umfassen. Dies erhöht die Nutzungsdauer der Scheibenfräser 178.

Somit stellt die Erfindung unter anderem eine Untergrundbohrmaschine bereit. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt. 13/27

Claims (31)

13 • · • · • · • t • · « · · · · • « β · · Patentansprüche 1. Untergrundbohrmaschine zum Herstellen eines Tunnels in einer Wand, Folgendes aufweisend: einen Fahrzeugrahmen; einen Ausleger, der ein erstes Ende, das an den Fahrzeugrahmen angeschlossen ist, und ein zweites Ende aufweist; einen Bohrfräskopf, der ein Drehgelenk, einen ersten Arm und einen zweiten Arm aufweist, der vom ersten Arm winkelbeabstandet ist, wobei das Drehgelenk eine Drehachse definiert und den Bohrfräskopf zur Drehung im Hinblick auf das zweite Ende des Auslegers lagert, wobei der erste Arm ein erstes Ende, das an das Drehgelenk angeschlossen ist, ein zweites Ende, und mindestens einen Scheibenfräser aufweist, der an den ersten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet ist, wobei sich der erste Arm vom ersten Ende zum zweiten Ende in einer Ebene erstreckt, die senkrecht zur Drehachse ist, wobei der zweite Arm ein erstes Ende, das an das Drehgelenk angeschlossen ist, ein zweites Ende, und mindestens einen Scheibenfräser aufweist, der an den zweiten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet ist, wobei sich der zweite Arm vom ersten Ende zum zweiten Ende in einer Ebene erstreckt, die senkrecht zur Drehachse ist.

2. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 1, wobei sich der erste Arm radial von der Drehachse erstreckt.

3. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 2, wobei sich der zweite Arm radial von der Drehachse erstreckt, und der erste Arm und der zweite Arm um einen Winkel von ca. 180° voneinander beabstandet sind.

4. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Scheibenfräser des ersten Arms so ausgerichtet ist, dass der mindestens eine Scheibenfräser in einem Anstellwinkel an der Wand angreift, wenn sich der erste Arm um die Drehachse dreht.

5. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Scheibenfräser des ersten Arms so ausgerichtet ist, dass der mindestens eine Scheiben- 14/27 14 • · • · • · • « • · ♦ · • · ♦ · • · ♦ ♦ • · · · · · • · · · • ·· ··· 'fräse r in einem Anstellwinkel an der Wand angreift, wenn sich der zweite Arm um die Drehachse dreht.

6. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 5, wobei der erste Arm und der zweite Arm eine erste Fläche nahe der Wand definieren, und wobei der Anstellwinkel ca. 10° im Hinblick auf eine Ebene beträgt, die tangential zur ersten Fläche ist.

7. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 1, wobei der erste Arm und der zweite Arm eine erste Fläche nahe der Wand definieren, wobei die erste Fläche eine konvexe Form hat.

8. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 1, und darüber hinaus mindestens einen Ansaugkanal nahe dem Bohrfräskopf umfassend, um Material zu sammeln, das aus der Wand freigesetzt wird.

9. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Ansaugkanal in Fluidverbindung mit einer Saugquelle steht.

10. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 8, wobei das Material, das aus der Wand freigesetzt wird, durch einen Unterdruckkanal zu einem Förderband transportiert wird, das hinter dem Fahrzeugrahmen angeordnet ist.

11. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 8, wobei das Material, das aus der Wand freigesetzt wird, durch einen Unterdruckkanal zu einem Sammler transportiert wird.

12. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 1, und darüber hinaus einen Profilierungsfräskopf umfassend, der hinter dem Bohrfräskopf und nahe einem Boden des Tunnels angeordnet ist.

13. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 12, wobei der Profilierungsfräskopf schwenkbeweglich an den Fahrzeugrahmen angeschlossen ist.

14. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 1, und darüber hinaus mindestens einen Stabilisatorzylinder zum Abstützen der vom Boden abgehobenen Bohrmaschine 15/27 • · 15 ♦ · • ·· ··· • · · · • · · · ·· ··· und mindestens einen Greifer zum Abstützen eines Deckenabschnitts über der Bohrmaschine umfassend.

15. Untergrundbohrmaschine zum Herstellen eines Tunnels in einer Wand, wobei die Untergrundbohrmaschine auf einem Boden gelagert ist, der eine Bodenebene definiert, wobei die Untergrundbohrmaschine aufweist: einen Fahrzeugrahmen, um die Untergrundbohrmaschine am Boden zu lagern, wobei der Fahrzeugrahmen eine Rahmenachse definiert, die parallel zur Bodenebene ist; einen Ausleger, der ein erstes Ende, das gleitbeweglich an den Fahrzeugrahmen angeschlossen ist, ein zweites Ende, einen ersten Abschnitt, der sich nahe dem ersten Ende befindet, einen zweiten Abschnitt, der schwenkbeweglich an den ersten Abschnitt angeschlossen ist, und einen dritten Abschnitt aufweist, der sich nahe dem zweiten Ende befindet und schwenkbeweglich an den zweiten Abschnitt angeschlossen ist; einen Bohrfräskopf, der ein Drehgelenk, einen ersten Arm und einen zweiten Arm aufweist, der vom ersten Arm winkelbeabstandet ist, wobei das Drehgelenk eine Drehachse definiert und drehbeweglich an das zweite Ende des Auslegers angeschlossen ist, wobei der erste Arm ein erstes Ende, das an das Drehgelenk angeschlossen ist, ein zweites Ende, und mindestens einen Scheibenfräser aufweist, der an den ersten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet ist, wobei der zweite Arm ein erstes Ende, das an das Drehgelenk angeschlossen ist, ein zweites Ende, und mindestens einen Scheibenfräser aufweist, der an den zweiten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet ist, wobei sich der zweite Auslegerabschnitt im Hinblick auf den ersten Auslegerabschnitt um eine erste Achse verschwenkt, die im Wesentlichen senkrecht zur Rahmenachse ist, wobei sich der dritte Auslegerabschnitt im Hinblick auf den zweiten Auslegerabschnitt um eine zweite Achse verschwenkt, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Achse ist, und wobei sich der Bohrfräskopf im Hinblick auf das zweite Ende des Auslegers um die Drehachse dreht.

16. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 15, wobei der Ausleger im Hinblick auf den Fahrzeugrahmen in einer Richtung parallel zur Rahmenachse gleitet. 16/27 • · · t t * · · * ’ • · · · · · · ·.····· • · « · · · ··· I · · • · · · · · · · · · ·· ·· ·· ·· · · ···

17. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 15, wobei die erste Achse im Wesentlichen parallel zum Boden ist.

18. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 15, wobei sich der erste Arm und der zweite Arm radial von der Drehachse erstrecken, und der erste Arm und der zweite Arm um einen Winkel von ca. 180° voneinander beabstandet sind.

19. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine Scheibenfräser des ersten Arms so ausgerichtet ist, dass er in einem Anstellwinkel an der Wand angreift, wenn sich der erste Arm um die Drehachse dreht, und der mindestens eine Scheibenfräser des zweiten Arms so ausgerichtet ist, dass er in einem Anstellwinkel an der Wand angreift, wenn sich der zweite Arm um die Drehachse dreht.

20. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 15, wobei der Bohrfräskopf darüber hinaus mindestens einen Ansaugkanal nahe dem ersten Arm umfasst, um Material zu sammeln, das aus der Wand freigesetzt wird, wobei der mindestens eine An-saugkanal in Fluidverbindung mit einer Saugquelle steht.

21. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 20, wobei das Material, das aus der Wand freigesetzt wird, durch einen Unterdruckkanal zu einem Förderband transportiert wird, das hinter dem Fahrzeugrahmen angeordnet ist.

22. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 15, darüber hinaus einen Profilierungsfräskopf umfassend, der hinter dem Bohrfräskopf und nahe dem Boden angeordnet ist.

23. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 22, wobei der Profilierungsfräskopf schwenkbeweglich an den Fahrzeugrahmen angeschlossen ist.

24. Untergrundbohrmaschine nach Anspruch 15, darüber hinaus mindestens einen Stabilisatorzylinder zum Abstützen der vom Boden abgehobenen Bohrmaschine umfassend.

25. Fräskopf zum Durchbohren einer Wand, wobei der Fräskopf umfasst: 17/27 17 ·· • · · I t • · · · · • Μ · · • t · · · • · • · ·· ···· • · ·· · · · eine Drehdurchführung, die eine Drehachse definiert und den Fräskopf zur Drehung um die Drehachse lagert; einen ersten Arm, der ein erstes Ende, ein zweites Ende und mindestens einen Scheibenfräser aufweist, wobei das erste Ende an die Drehdurchführung ange-schlossenist, wobei sich der erste Arm vom ersten Ende zum zweiten Ende in einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse ist, wobei der mindestens eine Scheibenfräser an den ersten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet ist; und einen zweiten Arm, der vom ersten Arm winkelbeabstandet ist, wobei der zweite Arm ein erstes Ende, ein zweites Ende, und mindestens einen Scheibenfräser aufweist, wobei das erste Ende an die Drehdurchführung angeschlossen ist, wobei sich der zweite Arm auf eine Weise vom ersten Ende zum zweiten Ende erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse ist, wobei der mindestens eine Scheibenfräser an den zweiten Arm angeschlossen und zum Angriff an der Wand ausgerichtet ist.

26. Fräskopf nach Anspruch 25, wobei der erste Arm eine erste Achse definiert, der zweite Arm eine zweite Achse definiert, und sich die erste Achse und die zweite Achse radial von der Drehachse erstrecken.

27. Fräskopf nach Anspruch 26, wobei die erste Achse und die zweite Achse um ca. 180° voneinander beabstandet sind.

28. Fräskopf nach Anspruch 25, wobei der mindestens eine Scheibenfräser des ersten Arms so ausgerichtet ist, dass er in einem Anstellwinkel an der Wand angreift, wenn sich der erste Arm um die Drehachse dreht, und der mindestens eine Scheibenfräser des zweiten Arms so ausgerichtet ist, dass er in einem Anstellwinkel an der Wand angreift, wenn sich der zweite Arm um die Drehachse dreht.

29. Fräskopf nach Anspruch 28, wobei der erste Arm und der zweite Arm eine erste Fläche nahe der Wand definieren, und wobei der Anstellwinkel ca. 10° im Hinblick auf eine Ebene beträgt, die tangential zur ersten Fläche ist. 18/27 18 • · ·· ·· · · ·· ···· • ·· · · · · ·· · · • ·· ·· · « · ·· ··· • ·· ·· ····· · ······ · · # ·

30. Fräskopf nach Anspruch 25, darüber hinaus mindestens einen Ansaugkanal umfassend, der sich nahe dem ersten Arm befindet und angeordnet ist, um Material zu sammeln, das aus der Wand freigesetzt wird.

31. Fräskopf nach Anspruch 30, wobei der mindestens eine Ansaugkanal in Fluidverbindung mit einer Saugquelle steht. 19/27