EP0063345A2 - Driving mechanism for rotatably operating boring machines - Google Patents

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EP0063345A2
EP0063345A2 EP82103085A EP82103085A EP0063345A2 EP 0063345 A2 EP0063345 A2 EP 0063345A2 EP 82103085 A EP82103085 A EP 82103085A EP 82103085 A EP82103085 A EP 82103085A EP 0063345 A2 EP0063345 A2 EP 0063345A2
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EP
European Patent Office
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drive
converter
drill head
drive device
motors
Prior art date
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EP82103085A
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German (de)
French (fr)
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EP0063345B1 (en
EP0063345A3 (en
Inventor
Rudolf Speelmans
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Mhwirth GmbH
Original Assignee
Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
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Publication of EP0063345A2 publication Critical patent/EP0063345A2/en
Publication of EP0063345A3 publication Critical patent/EP0063345A3/en
Application granted granted Critical
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1086—Drives or transmissions specially adapted therefor

Definitions

  • the invention relates to an electrical working device for the drill head or a similar part of a boring machine for tunnels, routes or the like which carries out a rotating working movement, namely a tunnel boring machine, the speed of the electrical drill head drive (one motor or in particular several mechanically for Parallel operation of coupled electric motors) is continuously adjustable.
  • Infinitely variable drives for tunnel boring machines or the like in their speed. are desired or required, among other things, to enable optimal adaptation to the mountain properties and gentle, low-vibration drilling operations.
  • this requirement could practically only be met by a hydrostatic drive.
  • Infinitely variable hydrostatic drives require a lot of space for the drive units and have a low overall efficiency.
  • the conceivable use of DC collector motors is opposed to considerable difficulties, such as their size and sensitivity to dust. Pole-changing three-phase motors are robust, but only allow a few speeds to be set in stages, so that continuous control is not possible.
  • the object of the invention is to provide a continuously adjustable or controlled electric rotary drive for tunneling machines, which can be accommodated well under the limited space and is characterized by favorable operating properties.
  • the invention also strives for an advantageous design of such a drive in detail. Further problems connected with the overall task, with which the invention is concerned, result from the respective explanation of the indicated solution.
  • the invention provides that the drill head drive contains at least one three-phase asynchronous motor, for the supply of which an inverter associated with the tunneling machine with control device is provided, by means of which the drill head drive is to be fed with current of variable frequency and which is in one the high degree of protection corresponding to the conditions of use.
  • the converter which is particularly splash-proof and dust-proof (e.g. protection class IP 65), is advantageously a so-called DC link converter with impressed current.
  • a DC voltage is converted into an AC voltage of the desired frequency and level.
  • An intermediate circuit choke provided for the converter operation is advantageously arranged separately from a control cabinet containing the converter. The latter is kept free from the heat generated in the DC link choke.
  • a heat exchanger is provided for removing heat from at least part of the device.
  • the heat exchanger is expediently designed as a water / air cooler. Air that is circulated within the unit is cooled by the colder water. The water can flow in a closed circuit and be cooled in the process .. If water is available at the place of use, this can also be done. be sucked in and drained again after passing through the heat exchanger.
  • the drill head drive or the motors of the same can be provided with direct-acting water cooling if self-cooling is not sufficient at low speeds.
  • the drill head drive can be switched over from converter operation to direct mains operation and vice versa. If there is a fault in the control electronics, on converter components or otherwise, then the operation of the machine can be maintained by supplying the motors directly from the mains. If the motors of the drill head drive are designed as pole-changing three-phase squirrel-cage motors, as provided in particular by the invention, then it is even possible to work with different speeds, which increases the availability of the system.
  • the drill head drive has several motors, as is expedient, these motors working in parallel are preferably supplied by a common converter in the busbar supply.
  • the motors can be mechanically coupled to one another in the usual way. This results in a problem-free load distribution between the drives.
  • the tunnel boring machine 1 shown in FIG. 1 has a machine body 2, also called an inner kelly, at the front end of which one with cutting rollers 4 or the like. equipped drill head 3 is rotatably mounted. This is operated by four three-phase asynchronous motors 5 working in parallel, in particular pole-changing motors, via a mechanical gear 6 and a shaft extending from it and running inside the machine body 2, which is shown in FIG. 2 is indicated at 7, driven.
  • the motors 5 are equipped with direct-acting water cooling.
  • the cooling circuits are indicated schematically at number 25.
  • the tunnel boring machine 1 also contains a bracing device 8, also called an outer cell, the two. Has groups of four clamping plates 9 which can be pressed against the wall of the opened tunnel. Like the bracing device, other parts of the tunnel boring machine, which are not explained in more detail here, can also be designed in the usual way.
  • a bracing device 8 also called an outer cell, the two.
  • Has groups of four clamping plates 9 which can be pressed against the wall of the opened tunnel.
  • other parts of the tunnel boring machine which are not explained in more detail here, can also be designed in the usual way.
  • One with the machine through tie rods 10 or the like. coupled trailer 11 has a steering position 12 and. then the parts and units for feeding the drive motors 5 shown in FIG. 2, as will be explained below.
  • Power supply is expedient, at 6 kV, 50 Hz.
  • This energy can be supplied from a station (not shown) to a supply transformer via a cable that can be wound on a drum the low voltage, which is supplied via a supply cable 13 to an encapsulated three-phase control cabinet 14, for example in protection class IP 54 or IP 65, can be, for example, 500 V or 380 V.
  • a circuit breaker 15 is provided in the entrance of the control cabinet a.14 for the entire subsequent part of the system.
  • a cable 16 leads to a switchgear cabinet 17, which is also adapted in form and degree of protection to the room and environmental conditions of tunnel construction, in particular is splashproof and dustproof. (eg IP 65), and which contains a converter and electronic control devices for supplying and controlling the drive motors 5.
  • IP 65 the control cabinet 17 is equipped with a heat exchanger in the form of a water / air cooler 18.
  • the water is constantly cooled or taken as cold fresh water from the environment and in turn cools the air when flowing through a coil system 19, or the like inside the cabinet 17 by a fan. is circulated.
  • One intended for conversion operations DC link choke 20 is installed as a separate unit in front of the control cabinet 17 and connected to it by a cable. It is advantageously designed as a cast resin throttle. Their heat is dissipated by convection.
  • the mode of operation of the converter for stepless speed adjustment of the three-phase motors is based on the principle of converting a DC voltage into an AC voltage of the desired frequency and level.
  • the DC voltage is in turn generated in the converter of the cabinet 17 from the AC voltage supplied by the control cabinet 14.
  • the converter works. as a DC link converter with impressed current.
  • a control panel 21 is provided in the control cabinet 17, from which cables 22 lead to the drive motors 5, which are supplied according to the principle of the busbar supply.
  • a cable 23 is also inserted into the control panel 21, which is led directly from a second output of the three-phase control cabinet 14.
  • the devices provided in the control panel 21 are designed such that the drive motors 5 can be fed either by the converter in the control cabinet 17 or directly from the three-phase network from the control cabinet.
  • the four drive motors 5 can be ramped up together with the "Start" command up to a speed set on a setpoint adjuster (not shown).
  • the drive speed can be set continuously from, for example, 1500 rpm to 150 rpm on this setpoint adjuster.
  • the maximum torque of the drill head 3 is limited by a current limitation in the converter. When this torque is reached, an acoustic and / or optical signal can be given by a device that is not reproduced. After this torque has been exceeded, the drive can be stopped automatically. After the machine has been withdrawn and the signal has been acknowledged, the drill head can be started again.
  • the second possible mode of operation of the device results when the changeover switches provided in the control panel 21 are switched to "mains operation". Then the motors 5 are supplied directly from the three-phase part in the control cabinet 14, in which the required contactors for this network operation are also located.
  • the Antri.ebs- motors 5 can be switched on one after the other. If the advantageous embodiment involves pole-changing motors, the desired speed can be preselected on a selector switch 24 on the control cabinet 14. The operating torque is displayed on an instrument.
  • This switchover option can in principle be useful and is particularly advantageous if a fault occurs in the converter part 17.
  • the operator of the machine is then immediately able to switch the supply of the drive motors 5 to mains operation by actuating the changeover switch in the control panel 21. No electrical intervention is required .. The machine is immediately ready for use again.

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Abstract

Um für den Bohrkopf oder einen ähnlichen, eine drehende Arbeitsbewegung ausführenden Teil einer Vortriebsmaschine einen stufenlos einstellbaren oder geregelten Drehantrieb zu schaffen, der sich unter den beschränkten Platzverhältnissen gut unterbringen läßt und sich durch günstige Betriebseigenschaften auszeichnet, ist vorgesehen, daß der Antrieb wenigstens einen Drehstrom-Asynchron-Motor enthält, zu dessen Versorgung ein der Vortriebsmaschine zugeordneter Umrichter mit Regeleinrichtung dient, mittels dessen der Bohrkopf- Antrieb mit Strom von veränderbarer Frequenz zu speisen ist und der in einer den Einsatzbedingungen entsprechenden hohen Schutzart ausgeführt ist.

Figure imgaf001
In order to create a continuously adjustable or regulated rotary drive for the drilling head or a similar part of a tunneling machine that performs a rotating working movement, which can be accommodated well under the limited space and is characterized by favorable operating properties, it is provided that the drive has at least one three-phase Contains an asynchronous motor, for the supply of which a converter with control device assigned to the tunneling machine is used, by means of which the drill head drive can be fed with current of variable frequency and which is designed with a high degree of protection corresponding to the operating conditions.
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Arbeitseinrichtung für den Bohrkopf oder einen ähnlichen, eine drehende Arbeitsbewegung ausführenden Teil einer Vortriebsmaschine für Tunnel, Strecken od.dgl., namentlich Tunnelbohrmaschine, wobei die Drehzahl des elektrischen Bohrkopf-Antriebs (ein Motor oder insbesondere mehrere mechanisch zum Parallelbetrieb gekuppelte Elektromotoren) stufenlos einstellbar ist.The invention relates to an electrical working device for the drill head or a similar part of a boring machine for tunnels, routes or the like which carries out a rotating working movement, namely a tunnel boring machine, the speed of the electrical drill head drive (one motor or in particular several mechanically for Parallel operation of coupled electric motors) is continuously adjustable.

In ihrer Drehzahl stufenlos regulierbare Antriebe für Tunnelbohrmaschinen od.dgl. sind erwünscht oder erforderlich, um u.a. eine optimale Anpassung an die Gebirgseigenschaften sowie einen schonenden, vibrationsarmen Bohrbetrieb zu ermöglichen. Diese Forderung konnte bisher praktisch nur durch einen hydrostatischen Antrieb verwirklicht werden. Stufenlos regelbare hydrostatische Antriebe benötigen viel Platz für die Antriebsaggregate und haben einen niedrigen Gesamtwirkungsgrad. Dem an sich denkbaren Einsatz von Gleichstrom-Kollektormotoren stehen erhebliche Schwierigkeiten entgegen, so z.B. ihre Baugröße und die Empfindlichkeit gegen Staub. Polumschaltbare Drehstrommotoren sind zwar robust, gestatten aber nur die Einstellung weniger Drehzahlen.in Stufen, so daß eine kontinuierliche Regelung nicht möglich ist.Infinitely variable drives for tunnel boring machines or the like in their speed. are desired or required, among other things, to enable optimal adaptation to the mountain properties and gentle, low-vibration drilling operations. Up to now, this requirement could practically only be met by a hydrostatic drive. Infinitely variable hydrostatic drives require a lot of space for the drive units and have a low overall efficiency. The conceivable use of DC collector motors is opposed to considerable difficulties, such as their size and sensitivity to dust. Pole-changing three-phase motors are robust, but only allow a few speeds to be set in stages, so that continuous control is not possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen stufenlos einstellbaren oder geregelten elektrischen Drehantrieb für Vortriebsmaschinen zu schaffen, der sich unter den beschränkten Platzverhältnissen gut unterbringen läßt und sich durch günstige Betriebseigenschaften auszeichnet. Dabei strebt die Erfindung auch eine vorteilhafte Ausbildung eines solchen Antriebs im einzelnen an. Mit der Gesamtaufgabe zusammenhängende weitere Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.The object of the invention is to provide a continuously adjustable or controlled electric rotary drive for tunneling machines, which can be accommodated well under the limited space and is characterized by favorable operating properties. The invention also strives for an advantageous design of such a drive in detail. Further problems connected with the overall task, with which the invention is concerned, result from the respective explanation of the indicated solution.

Die Erfindung sieht vor, daß der Bohrkopf-Antrieb wenigstens einen Drehstrom-Asynchron-Motor enthält, zu dessen Versorgung ein der Vortriebsmaschine zugeordneter Umrichter mit Regeleinrichtung vorgesehen ist, mittels dessen der Bohrkopf-Antrieb mit Strom von veränderbarer Frequenz zu speisen ist und der in einer den Einsatzbedingungen entsprechenden hohen Schutzart ausgeführt ist.The invention provides that the drill head drive contains at least one three-phase asynchronous motor, for the supply of which an inverter associated with the tunneling machine with control device is provided, by means of which the drill head drive is to be fed with current of variable frequency and which is in one the high degree of protection corresponding to the conditions of use.

Damit ist eine sehr günstige Lösung für den stufenlosen Antrieb bei einer Vortriebsmaschine gefunden. Unter Verwendung robuster, verschleißfreier und wartungsarmer Motoren ist ein betriebssicherer und wirtschaftlicher Antrieb geschaffen. Wegen des guten Gesamtwirkungsgrades ist die zur Verfügung zu stellende Versorgungsleistung geringer als in anderen Fällen. Im Vergleich zu dem System bei einem hydrostatischen Antrieb werden stoßfreie Anlaufvorgänge ermöglicht und es wird weniger Platz für die Versorgungseinheit benötigt. Das gesamte Aggregat ist sauber, so daß auch keine nachteiligen Umweltbeeinflussungen auftreten, wie sonst etwa durch Leckage usw. Gegenüber den bei. einem hydraulischen System benötigten Schlauchleitungen mit hoher Literleistung ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Antrieb eine wesentlich einfachere Montage der flexiblen Motorleistungskabel. Auch der Geräuschpegel kann im Vergleich zu.den von hochtourigen Motoren angetriebenen Pumpen bei hydrostatischen Systemen niedriger gehalten werden.This provides a very affordable solution for the continuously variable drive in a tunneling machine. A reliable and economical drive is created using robust, wear-free and low-maintenance motors. Because of the good overall efficiency, the supply performance to be made available is lower than in other cases. Compared to the system with a hydrostatic drive, bumpless start-up processes are possible and less space is required for the supply unit. The entire unit is clean, so that no adverse environmental effects occur, such as otherwise due to leakage, etc. Compared to the. Hose lines with a high liter capacity required in a hydraulic system result in a considerably simpler assembly of the flexible motor power cables in the drive according to the invention. The noise level can also be kept lower compared to the pumps driven by high-speed motors in hydrostatic systems.

Der Umrichter, der insbesondere spritzwassergeschützt und staubdicht ausgeführt wird (z.B. Schutzart IP 65), ist vorteilhaft ein sog. Zwischenkreis-Umrichter mit eingeprägtem Strom. Hierbei. handelt es sich um eine ausgereifte und betriebssichere Technik..In einem solchen Umrichter wird eine Gleichspannung in eine Wechselspannung von gewünschter Frequenz und Höhe umgeformt.The converter, which is particularly splash-proof and dust-proof (e.g. protection class IP 65), is advantageously a so-called DC link converter with impressed current. Here. It is a mature and reliable technology .. In such a converter, a DC voltage is converted into an AC voltage of the desired frequency and level.

Eine für den Umrichtebetrieb vorgesehene Zwischenkreisdrossel wird vorteilhaft räumlich für sich getrennt von einem den Umrichter enthaltenden Schaltschrank angeordnet. Letzterer wird dadurch von der in der Zwischenkreisdrossel entstehenden Wärme freigehalten.An intermediate circuit choke provided for the converter operation is advantageously arranged separately from a control cabinet containing the converter. The latter is kept free from the heat generated in the DC link choke.

In weiterer Ausgestaltung ist zur Abfuhr von Wärme von wenigstens einem Teil der Einrichtung ein Wärmetauscher vorgesehen. Hierdurch läßt sich trotz vollständiger Kapselung des einen oder anderen Aggregats eine wirksame Kühlung erzielen. Der Wärmetauscher ist zweckmäßig als Wasser/Luft-Kühler ausgebildet. Luft, die innerhalb des Aggregats umgewälzt wird, wird dabei durch das kältere Wasser abgekühlt. Das Wasser kann in einem geschlossenen Kreislauf fließen und dabei gekühlt werden..Falls am Einsatzort Wasser zur Verfügung steht, kann solches auch. angesaugt und nach dem Durchgang durch den Wärmetauscher wieder abgelassen werden.In a further embodiment, a heat exchanger is provided for removing heat from at least part of the device. In this way, effective cooling can be achieved despite the complete encapsulation of one or the other unit. The heat exchanger is expediently designed as a water / air cooler. Air that is circulated within the unit is cooled by the colder water. The water can flow in a closed circuit and be cooled in the process .. If water is available at the place of use, this can also be done. be sucked in and drained again after passing through the heat exchanger.

Der Bohrkopf-Antrieb bzw. die Motoren desselben können mit einer direktwirkenden Wässerkühlung versehen sein, wenn eine Selbstkühlung bei kleinen Drehzahlen nicht ausreicht.The drill head drive or the motors of the same can be provided with direct-acting water cooling if self-cooling is not sufficient at low speeds.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Bohrkopf-antrieb vom Umrichterbetrieb auf unmittelbaren Netzbetrieb und umgekehrt umschaltbar. Falls in der Regelelektronik, an Umrichterbauteilen oder sonst eine Störung auftritt, kann dann der Betrieb der Maschine dadurch aufrechterhalten werden, daß die Motoren unmittelbar vom Netz her versorgt werden. Wenn die Motoren des Bohrkopf-Antriebs als polumschaltbare Drehstrom-Kurzschlußläufermotoren ausgebildet sind, wie es die Erfindung insbesondere vorsieht, kann dann sogar noch mit verschiedenen Drehzahlen gearbeitet werden, wodurch sich die Verfügbarkeit der Anlage erhöht.According to a further feature of the invention, the drill head drive can be switched over from converter operation to direct mains operation and vice versa. If there is a fault in the control electronics, on converter components or otherwise, then the operation of the machine can be maintained by supplying the motors directly from the mains. If the motors of the drill head drive are designed as pole-changing three-phase squirrel-cage motors, as provided in particular by the invention, then it is even possible to work with different speeds, which increases the availability of the system.

Weist der Bohrkopf-Antrieb mehrere Motoren auf, wie es zweckmäßig ist, so werden diese parallel.arbeitenden Motoren vorzugsweise von einem gemeinsamen Umrichter in Sammelschienenspeisung versorgt. Die Motoren können in üblicher Weise mechanisch untereinander gekuppelt sein. Es ergibt sich dabei eine problemlose Lastverteilung der Antriebe untereinander. Es fällt jedoch auch in den Rahmen der Erfindung, bei mehreren Motoren jeden derselben einzeln zu versorgen.If the drill head drive has several motors, as is expedient, these motors working in parallel are preferably supplied by a common converter in the busbar supply. The motors can be mechanically coupled to one another in the usual way. This results in a problem-free load distribution between the drives. However, it also falls within the scope of the invention to supply each of them individually with a plurality of motors.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines Ausführungsbeispieles, aus der zugehörigen Zeichnung und aus den Ansprüchen. Es zeigen:

  • Fig. 1 eine Tunnelbohrmaschine mit elektrischem Bohrkopf-Antrieb und
  • Fig. 2 eine Einrichtung zur Versorgung der Motoren der Tunnelbohrmaschine nach Fig. 1.
Further details, features and advantages of the invention result from the following explanation of an exemplary embodiment, from the associated drawing and from the claims. Show it:
  • Fig. 1 is a tunnel boring machine with an electric drill head drive
  • 2 shows a device for supplying the motors of the tunnel boring machine according to FIG. 1.

Die in Fig. 1- gezeigte Tunnelbohrmaschine 1 weist einen Maschinenkörper 2 auf, auch Innenkelly genannt, an dessen vorderem Ende ein mit Schneidrollen 4 od.dgl. bestückter Bohrkopf 3 drehbar gelagert ist. Dieser wird von vier parallel arbeitenden Drehstrom-Asynchron-Motoren 5, insbesondere polumschaltbaren Motoren, über ein mechanisches Getriebe 6 und eine von diesem ausgehende, im Inneren des Maschinenkörpers 2 verlaufende Welle, die in Fi.g. 2 bei der Ziffer 7 angedeutet ist, angetrieben. Die Motoren 5 sind mit einer direktwirkenden Wasserkühlung ausgestattet. In Fig. 2 sind die Kühlkreisläufe schematisch bei der Ziffer 25 angedeutet.The tunnel boring machine 1 shown in FIG. 1 has a machine body 2, also called an inner kelly, at the front end of which one with cutting rollers 4 or the like. equipped drill head 3 is rotatably mounted. This is operated by four three-phase asynchronous motors 5 working in parallel, in particular pole-changing motors, via a mechanical gear 6 and a shaft extending from it and running inside the machine body 2, which is shown in FIG. 2 is indicated at 7, driven. The motors 5 are equipped with direct-acting water cooling. In Fig. 2, the cooling circuits are indicated schematically at number 25.

Die Tunnelbohrmaschine 1 enthält außerdem eine Verspanneinrichtung 8, auch Außenkelly genannt, die zwei. Gruppen von je vier gegen die Wandung des aufgefahrenen Tunnels andrückbaren Spannschilden 9 aufweist. Ebenso wie die Verspanneinrichtung können auch hier nicht näher erläuterte andere Teile der Tunnelbohrmaschine in üblicher Weise ausgebildet sein. Ein mit der Maschine durch Zugstangen 10 od.dgl. gekuppelter Nachläufer 11 weist einen Steuerstand 12 und. an diesen anschließend die in Fig. 2 wiedergegebenen Teile und Aggregate zur Speisung der.Antriebsmotoren 5 auf, wie nachstehend erläutert wird.The tunnel boring machine 1 also contains a bracing device 8, also called an outer cell, the two. Has groups of four clamping plates 9 which can be pressed against the wall of the opened tunnel. Like the bracing device, other parts of the tunnel boring machine, which are not explained in more detail here, can also be designed in the usual way. One with the machine through tie rods 10 or the like. coupled trailer 11 has a steering position 12 and. then the parts and units for feeding the drive motors 5 shown in FIG. 2, as will be explained below.

Wegen der meist.großen Länge der aufzufahrenden Tunnel oder Strecken ist eine Hochspannungsversorgung oder Mittelspannungsversorgung zweckmäßig, z.H. mit 6 kV, 50 Hz. Diese Energie kann von einer nicht dargestellten Station über ein auf einer Trommel aufwickelbares Kabel einem Versorgungstransformator zugeführt werden, der zweckmäßig als Drehstrom-Trockentrafo ausgebildet und z.B. für eine Typenleistung von 500 kVA ausgelegt ist, wobei die Niederspannung, die über ein Versorgungskabel 13 einem gekapselten, z.B. in Schutzart IP 54 oder IP 65 ausgeführten Drehstrom-Schaltschrank 14 zugeführt wird, z.B. 500 V oder 380 V betragen kann. Im Eingang des Schaltschrankea.14 ist ein Leistungsschalter 15 für den gesamten nachfolgenden Teil der Anlage vorgesehen.Because of the mostly long length of the tunnels or routes to be opened, a high voltage supply or medium is required Power supply is expedient, at 6 kV, 50 Hz.This energy can be supplied from a station (not shown) to a supply transformer via a cable that can be wound on a drum the low voltage, which is supplied via a supply cable 13 to an encapsulated three-phase control cabinet 14, for example in protection class IP 54 or IP 65, can be, for example, 500 V or 380 V. A circuit breaker 15 is provided in the entrance of the control cabinet a.14 for the entire subsequent part of the system.

Von einem Ausgang des Drehstrom-Schaltschrankes 14 führt ein Kabel 16 zu einem Schaltschrank 17, der in Form und Schutzart ebenfalls den Raum- und Umweltbedingungen des Tunnelbaues angepaßt ist, namentlich spritzwassergeschützt und staubdicht ausgeführt ist. (z.B. IP 65), und der einen Umrichter sowie elektronische Regelgeräte zur Versorgung und Regelung der Antriebsmotoren 5 enthält. Zum Abführen der Wärme ist der Schaltschrank 17 mit einem Wärmetauscher in Form eines Wasser/Luft-Kühlers 18 ausgestattet. Das Wasser wird ständig gekühlt oder als kaltes Frischwasser der Umgebung entnommen und kühlt seinerseits beim Durchfluß durch ein Rohrschlangensystem 19 die Luft, die im Inneren des Schaltschrankes 17 durch einen Ventilator od.dgl. umgewälzt wird. Eine für den Umrichtebetrieb vorgesehene Zwischenkreisdrossel 20 ist als gesonderte Einheit vor dem Schaltschrank 17 aufgestellt und mit diesem durch ein Kabel verbunden. Sie ist vorteilhaft als Gießharzdrossel ausgebildet. Ihre Wärme wird durch Konvektion abgeführt.From an output of the three-phase switchgear cabinet 14, a cable 16 leads to a switchgear cabinet 17, which is also adapted in form and degree of protection to the room and environmental conditions of tunnel construction, in particular is splashproof and dustproof. (eg IP 65), and which contains a converter and electronic control devices for supplying and controlling the drive motors 5. To remove the heat, the control cabinet 17 is equipped with a heat exchanger in the form of a water / air cooler 18. The water is constantly cooled or taken as cold fresh water from the environment and in turn cools the air when flowing through a coil system 19, or the like inside the cabinet 17 by a fan. is circulated. One intended for conversion operations DC link choke 20 is installed as a separate unit in front of the control cabinet 17 and connected to it by a cable. It is advantageously designed as a cast resin throttle. Their heat is dissipated by convection.

Die Wirkungsweise des Umrichters zur stufenlosen DrehzahlVerstellung der Drehstrommotoren beruht auf dem Prinzip der Umformung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung von gewünschter Frequenz und Hohe. Die Gleichspannung wird ihrerseits im Umrichter des Schrankes 17 aus der vom Schaltschrank 14 zugeführten Wechselspannung erzeugt. Der Umrichter arbeitet dabei. als Zwischenkreisumrichter mit eingeprägtem Strom.The mode of operation of the converter for stepless speed adjustment of the three-phase motors is based on the principle of converting a DC voltage into an AC voltage of the desired frequency and level. The DC voltage is in turn generated in the converter of the cabinet 17 from the AC voltage supplied by the control cabinet 14. The converter works. as a DC link converter with impressed current.

Im Schaltschrank'.17 ist ein Schaltfeld 21 vorgesehen, von dem aus Kabel 22 zu den Antriebsmotoren 5 führen, die nach dem Prinzip der Sammelschienenspeisung versorgt werden. In das Schaltfeld 21 ist außerdem noch ein Kabel 23 eingeführt, das unmittelbar von einem zweiten Ausgang des Drehstrom-Schaltschrankes 14 herangeführt ist. Die im Schaltfeld 21 vorgesehenen Geräte sind so ausgebildet, daß die Antriebsmotoren 5 durch einen Umschaltvorgang wahlweise entweder vom Umrichter im Schaltschrank 17 oder unmittelbar vom Drehstromnetz aus dem Schaltschrank.14 gespeist werden können.A control panel 21 is provided in the control cabinet 17, from which cables 22 lead to the drive motors 5, which are supplied according to the principle of the busbar supply. In addition, a cable 23 is also inserted into the control panel 21, which is led directly from a second output of the three-phase control cabinet 14. The devices provided in the control panel 21 are designed such that the drive motors 5 can be fed either by the converter in the control cabinet 17 or directly from the three-phase network from the control cabinet.

Sind die im Schaltfeld 21 vorgesehenen Umschalter auf "Umrichterbetrieb" geschaltet, können die vier Antriebsmotoren 5 mit Befehl "Start" gemeinsam bis auf eine an einem nicht gezeigten Sollwertsteller eingestellte Drehzahl stoßfrei hochgefahren werden. An diesem Sollwertsteller ist die Antriebsdrehzahl stufenlos von z.B. 1500 U/min bis 150 U/min einstellbar. Das maximale Drehmoment des Bohrkopfes 3 wird durch eine Strombegrenzung im Umrichter limitiert. Bei Erreichen dieses Drehmoments kann durch ein nicht wiedergegebenes Gerät ein akustisches und/oder optisches Signal gegeben werden. Nach Überschreitung dieses Drehmoments läßt sich selbsttätig ein Stillsetzen des Antriebs auslösen. Nach Rücknahme des Vorschubes der Maschine und Quittieren des Signals kann der Bohrkopf erneut angefahren werden.Are the changeover switches provided in control panel 21 open Switched to "converter mode", the four drive motors 5 can be ramped up together with the "Start" command up to a speed set on a setpoint adjuster (not shown). The drive speed can be set continuously from, for example, 1500 rpm to 150 rpm on this setpoint adjuster. The maximum torque of the drill head 3 is limited by a current limitation in the converter. When this torque is reached, an acoustic and / or optical signal can be given by a device that is not reproduced. After this torque has been exceeded, the drive can be stopped automatically. After the machine has been withdrawn and the signal has been acknowledged, the drill head can be started again.

Weil alle Antriebsmotoren 5 mit ihrem Ritzel über einen Zahnkranz im Getriebe 6 mechanisch miteinander verbunden sind, werden die vier Motoren 5 von dem einen vorgesehenen Umrichter mit der erforderlichen Summenleistung im Parallelbetrieb versorgt.Because all the drive motors 5 are mechanically connected to one another by their pinions via a toothed ring in the transmission 6, the four motors 5 are supplied with the required total power in parallel operation by the one converter provided.

Die zweite mögliche Betriebsweise der Einrichtung ergibt sich, wenn die im Schaltfeld 21 vorgesehenen Umschalter auf "Netzbetrieb" geschaltet.werden. Dann erfolgt die Versorgung der Motoren 5 unmittelbar vom Drehstromteil im Schaltschrank 14 aus, in dem sich auch die erforderlichen Schütze für diesen Netzbetrieb befinden. Es können dann die Antri.ebs- motoren 5 nacheinander eingeschaltet werden. Handelt es sich bei der vorteilhaften Ausführung um polumschaltbare Motoren, kann die gewünschte Drehzahl an einem Wahlschalter 24 am Schaltschrank 14 vorgewählt werden. Das Betriebsdrehmoment wird an einem Instrument angezeigt.The second possible mode of operation of the device results when the changeover switches provided in the control panel 21 are switched to "mains operation". Then the motors 5 are supplied directly from the three-phase part in the control cabinet 14, in which the required contactors for this network operation are also located. The Antri.ebs- motors 5 can be switched on one after the other. If the advantageous embodiment involves pole-changing motors, the desired speed can be preselected on a selector switch 24 on the control cabinet 14. The operating torque is displayed on an instrument.

Diese Umschaltmöglichkeit kann grundsätzlich von Nutzen sein und ist dann besonders vorteilhaft, wenn im Umrichterteil 17 eine Störung auftritt. Der Bedienungsmann der Maschine ist dann sofort in der Lage, durch Betätigen der Umschalter im Schaltfeld 21 die Versorgung der Antriebsmotoren 5 auf Netzbetrieb umzustellen. Dazu sind keinerlei elektrische Eingriffe erforderlich..Die Maschine ist sogleich wieder betriebsbereit.This switchover option can in principle be useful and is particularly advantageous if a fault occurs in the converter part 17. The operator of the machine is then immediately able to switch the supply of the drive motors 5 to mains operation by actuating the changeover switch in the control panel 21. No electrical intervention is required .. The machine is immediately ready for use again.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der.Technik es zuläßt,. für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen werden.All the features mentioned in the above description or shown in the drawing should, if the known state of the art allows. alone or in combinations can be considered as falling under the invention.

Claims (8)

1. Elektrische Antriebseinrichtung für den Bohrkopf oder einen ähnlichen, eine drehende Arbeitsbewegung ausführenden Teil einer Vortriebsmaschine für Tunnel, Strecken od.dgl., namentlich. Tunnelbohrmaschine, wobei. die Drehzahl des elektrischen Bohrkopf-Antriebs (ein Motor oder insbesondere mehrere mechanisch zum Parallelbetrieb gekuppelte Elektromotoren) stufenlos einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf-Antrieb wenigstens einen Drehstrom-Asynchron-Motor (5) enthält, zu dessen Versorgung ein der Vortriebsmaschine (1) zugeordneter Umrichter mit Regeleinrichtung vorgesehen ist, mittels dessen der Bohrkopf-Antrieb mit Strom von veränderbarer Frequenz zu speisen ist und der in einer den Einsatzbedingungen entsprechenden hohen Schutzart ausgeführt ist.1. Electric drive device for the drill head or a similar part of a tunneling machine for tunnels, routes or the like which executes a rotating working movement, in particular. Tunnel boring machine, being. the speed of the electric drill head drive (one motor or in particular several electric motors mechanically coupled for parallel operation) is infinitely variable, characterized in that the drill head drive contains at least one three-phase asynchronous motor (5), for the supply of which the tunneling machine ( 1) assigned converter with control device is provided, by means of which the drill head drive is to be supplied with current of variable frequency and which is designed with a high degree of protection corresponding to the operating conditions. 2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter ein Zwischenkreis-Umrichter mit eingeprägtem Strom ist.2. Drive device according to claim 1, characterized in that the converter is an intermediate circuit converter with impressed current. 3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine für den Umrichtebetrieb vorgesehene Zwischenkreisdrossel (.20) räumlich für sich getrennt von einem den Umrichter enthaltenden Schaltschrank (17) angeordnet ist.3. Drive device according to claim 2, characterized in that an intermediate circuit choke (.20) provided for the converter operation is arranged spatially separately from a control cabinet (17) containing the converter. 4. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abfuhr von Wärme von wenigstens einem Teil der Einrichtung ein Wärmetauscher (18) vorgesehen ist.4. Drive device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a heat exchanger (18) is provided for removing heat from at least part of the device. 5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (18) als Wasser/Luft-Kühler ausgebildet ist.5. Drive device according to claim 4, characterized in that the heat exchanger (18) is designed as a water / air cooler. 6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf-Antrieb (5) mit einer direktwirkenden Wasserkühlung (25) versehen ist.6. Drive device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drill head drive (5) is provided with a direct-acting water cooling (25). 7. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung (21), mittels derer der Bohrkopf-Antrieb (5) von Umrichterbetrieb auf unmittelbaren Netzbetrieb und umgekehrt schaltbar ist.7. Drive device according to one of claims 1 to 6, characterized by a switching device (21) by means of which the drill head drive (5) can be switched from converter operation to direct mains operation and vice versa. 8. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Motoren (5) des Bohrkopf-Antriebs polumschaltbare Drehstrom-Kurzschlußläufermotoren sind.8. Drive device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the motor (s) (5) of the drill head drive are pole-changing three-phase squirrel-cage motors.
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