DE102014013846A1

DE102014013846A1 - Schneidrolle

Info

Publication number: DE102014013846A1
Application number: DE102014013846.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: ALLWICHER, MARKUS, DE
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2015-11-19
Also published as: DE112015002384A5; WO2015176700A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Lagerung von Schneidrollen, die auf den rotierenden Werkzeugträgern von Tunnelvortriebsmaschinen einbaubar sind und die einen gelagerten Schneidrollengrundkörper mit einem oder mehreren wechselbaren oder nicht wechselbaren Schneiden oder Schneidringen umfassen. Hierin integriert sind Radiallager zur Aufnahme von in radialer Richtung wirkenden Kräften und Axiallager, die in axialer Richtung wirkende Kräfte aufnehmen, wobei die Axiallager in axialer Richtung außerhalb der Radiallager bzw. des Radiallagers angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneidrolle mit einem Radiallager zur Aufnahme von in radialer Richtung wirkenden Kräften und einem Axiallager, das in axialer Richtung wirkende Kräfte aufnimmt.
Insbesondere richtet sich die Erfindung auf die Lagerung von Schneidrollen, die auf rotierenden Werkzeugträgern (Bohrkopf bzw. Schneidrad) von Tunnelvortriebsmaschinen einbaubar sind und die einen gelagerten Schneidrollengrundkörper mit einem oder mehreren wechselbaren oder nicht wechselbaren Schneiden (Schneidringen) umfassen. Die Wälzlagerung ist durch die getrennte Übertragung der Radial- und Axialkräfte sowie der in axialer Richtung außerhalb der Radiallager angeordneten Axiallager gekennzeichnet. Die Erfindung betrifft aber auch andere Einsatzfälle für ein derartiges Schneidwerkzeug.
Tunnelbauprojekte werden gegenwärtig zunehmend mit Hilfe von Tunnelvortriebsmaschinen realisiert. Die Beschaffenheit des vorliegenden Baugrundes beeinflusst die Wahl der einzusetzenden Abbauwerkzeuge. Rollende Abbauwerkzeuge (Schneidrollen) werden überwiegend für den Abbau von Fels bzw. Festgestein verwendet. Im Boden bzw. Lockergestein werden Schneidrollen häufig als Ergänzung zu gleitenden Abbauwerkzeugen eingesetzt. Während des Abbauvorganges werden die Schneidrollen durch den rotierenden Bohrkopf (bzw. das rotierende Schneidrad) unter Andruck über die Ortsbrust geführt. Dadurch rollen die Schneidrollen auf der Ortsbrust ab und lösen gleichzeitig den Baugrund. Währenddessen sind die Abbauwerkzeuge sehr hohen und zum Teil stoßartigen Belastungen in radialer und axialer Richtung ausgesetzt, die zur Schädigung und letztendlich zum Ausfall der Schneidrollenlagerung führen.
Der für die Schneidrollen zur Verfügung stehende Bauraum ist durch den Bohrkopf (bzw. das Schneidrad) vorgegeben und begrenzt die Baugröße der verwendbaren Lager. Nach heutigem Stand der Technik werden Schneidrollen überwiegend mit Kegelrollenlagern ausgeführt, die gleichzeitig radiale und axiale Lasten aufnehmen.
Schneidrollen werden mit großen, in radialer Richtung wirkenden Kräften belastet (mittlere Kräfte von 250 kN, Spitzenlasten von bis zu 2500 kN). Etwa 1/10 dieser Belastung wirkt in axialer Richtung. Neben Kegelrollenlagern sind Zylinderrollenlager zur Aufnahme dieser Kräfte geeignet. Jedoch muss zur Aufnahme der axialen Kräfte eine separate Axiallagerung vorgesehen werden. Schneidrollen mit Kegelrollenlagerung werden in unterschiedlichen Bauformen derzeit von den meisten Herstellern verwendet. Seltener werden Schneidrollen mit Zylinderrollenlagern ausgeführt, bei denen die Lasten durch separate Axial- und Radialzylinderrollenlager aufgenommen werden. Dabei sind die Axialzylinderrollenlager zwischen den Radialzylinderrollenlagern angeordnet.
Schneidrollen mit Kegelrollenlager haben insbesondere bei hohen und stoßartigen Lasten eine geringe Lagerlebensdauer. Schneidrollen mit Zylinderrollenlagern und innen liegenden Axiallagern führen zu einer Einschränkung des Bauraumes der Radialzylinderrollenlager durch die Baugröße der Axialzylinderrollenlager und dadurch zu einer eingeschränkten Lagerlebensdauer der Radialzylinderrollenlager. Außerdem ist ein ungünstiger Kraftfluss innerhalb des Schneidrollengrundkörpers zu beobachten.
Die Aufgabenstellung der Erfindung richtet sich auf die Verbesserung der Lagerlebensdauer von Schneidrollen.
Diese Aufgabe wird mit einer Schneidrolle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es werden somit eine Radialzylinderrollenlagerung und eine separate, außen liegende Axialzylinderrollenlagerung vorgeschlagen, bei der die Axiallager in axialer Richtung außerhalb der Radiallager angeordnet sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Radial- und die Axiallagerung der Schneidrollen sind als Wälzlagerungen mit Wälzkörpern ausgeführt. Als Wälzkörper kommen unterschiedliche Geometrien (Beispielsweise: Kugeln, Tonnen, Kegel, Nadeln, Zylinder) in Frage. Vorteilhaft ist die Verwendung von Zylinderrollen als Wälzkörper für die Radial- und Axiallagerung von Schneidrollen. Lagerungen mit Zylinderrollen erreichen hohe Lagertragzahlen und besitzen fertigungstechnisch günstig herzustellende Lagerlaufflächen.
Die verwendeten Radiallager können mit oder ohne Wälzkörperkäfig ausgeführt werden. Vorteilhaft kann bei der Verwendung von Radialzylinderrollenlagern für Schneidrollen die Verwendung vollrolliger Lager (ohne Wälzkörperkäfig) sein. Eine vollrollige Lagerausführung kann höhere Tragzahlen erreichen als Lager mit Wälzkörperkäfig.
Die verwendeten Radiallager können unterschiedlich viele, parallel angeordnete Wälzkörper-Reihen aufweisen. Vorteilhaft kann die Verwendung von drei parallel angeordneten Wälzkörper-Reihen sein, da die Flankenbelastung der Wälzkörper bei kurzen effektiven Wälzkörperlängen geringer ausfällt. Andererseits kann die Verwendung von zwei Wälzkörper-Reihen Vorteilhaft im Hinblick auf die nutzbare effektive Wälzkörpergesamtlänge sein und damit ggf. die Lagerlebensdauer erhöhen.
Laufwerkdichtungen werden in der Regel paarweise ausgeführt. Vorteilhaft kann eine Ausführung sein, bei der die Achse als zweite Dichtfläche für die Laufwerkdichtungen genutzt wird. Dadurch kann der für die Dichtung notwendige Bauraum in axialer Richtung verringert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Schneidrolle mindestens einen Deckel auf, der als Lagerlauffläche für das Axialzylinderrollenlager dient und gleichzeitig den Sitz für eine Laufwerkdichtungshälfte bildet.
Aus Fertigungs- und Kostengründen kann es vorteilhaft sein die Schneidrolle, mit zwei schraubbaren Deckeln auszuführen.
Die Schneidrolle kann ohne Hülsen ausgeführt werden. Die Verwendung einer Distanzhülse (in 4, Bezugsziffer 53 bzw. in 5, Bezugsziffer 69) hat den Vorteil, dass die Deckel auf der rechten und der linken Seite bei unterschiedlicher Montagerichtung der Achse baugleich ausgeführt werden können. Die Verwendung einer Hülse mit Spiel (in 4, Bezugsziffer 54 bzw. in 5, Bezugsziffer 70) verhindert das Verschieben des Lageraußenringes um ein schädliches Maß während des Betriebs.
In Abgrenzung zum Stand der Technik werden in der neu entwickelten Schneidrollenlagerung die Lasten über eine neuartige Anordnung von Axial- und Radialzylinderrollenlager aufgenommen. Diese neuartige Lageranordnung vergrößert den nutzbaren Bauraum für die Radialzylinderrollenlager und ermöglicht eine deutliche Steigerung der erzielbaren Lagerlebensdauer gegenüber den bekannten Lageranordnungen.
Außerdem entfällt die Notwendigkeit die Axialkräfte über die Lageraußenringe wie in 2a gezeigt oder über Lagerinnenringe wie in 2b gezeigt auf die Achse zu leiten, so dass Bauraum in radialer Richtung für die Radiallager frei wird.
Durch diese Lageranordnung kann die Wahl der Wälzkörperdurchmesser und Teilkreisdurchmesser der Wälzkörpersätze weitgehend unabhängig von der Baugröße der Axialzylinderrollenlager erfolgen.
Durch größere Wälzkörperdurchmesser und Teilkreisdurchmesser der Wälzkörperrollensätze können größere Lagertragzahlen und somit eine verbesserte Lagerlebensdauer der Radialzylinderrollenlager erzielt werden. Dies ergibt sich aus dem Berechnungsansatz für die dynamische Lagertragzahl aus DIN ISO 281:
Beim Prinzip des direkten Kraftflusses besteht darüber hinaus ein deutlich verbesserter Kraftfluss.
Letztlich wird die Stützwirkung der Lageranordnung mit außen liegenden Axialzylinderrollenlagern im Vergleich zur Lageranordnung mit innen liegenden Axialzylinderrollenlagern verbessert.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt
1 eine Schnittansicht einer bekannten Schneidrolle mit Kegelrollenlagerung,
2 in prinzipieller Darstellung bekannte Schneidrollen mit Radialzylinderrollenlagern und separater, innen liegender Axialzylinderrollenlagerung,
3 in prinzipieller Darstellung erfindungsgemäße Schneidrollen mit Radialzylinderrollenlagern und separater, außen liegender Axialzylinderrollenlagerung,
4 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schneidrolle mit separaten Axial- und Radiallagern und indirektem Kraftfluss und
5 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schneidrolle mit separaten Axial- und Radiallagern und direktem Kraftfluss.
Die in 1 gezeigte Schneidrolle 1 ist eine Bauform, die so oder in ähnlicher Form derzeit in den meisten Fällen für Schneidrollen verwendet wird. Auf einer Achse 2 wird der Grundkörper 3 des Schneidringes 4 gelagert. Der Schneidring 4 wird mit einem Sicherungsring 5 gehalten und die Lagerung ist durch eine Dichtung 6 geschlossen. Ein gewindeseitiger O-Ring 7 wirkt mit einem gewindeseitigen Deckel 8 und der Achse 2 zusammen und ein bundseitiger O-Ring 10 wirkt mit einem bundseitigen Deckel 9 und der Achse 2 zusammen. Zwischen einem Lagerinnenring 11 und dem Lageraußenring 12 liegen die Wälzkörper 13.
Seltener werden Schneidrollen mit Zylinderrollenlagern ausgeführt, bei denen die Lasten durch separate Axial- und Radialzylinderrollenlager aufgenommen werden. Die 2 zeigt zwei Prinzipdarstellungen 2a und 2b, bei denen die Axialzylinderrollenlager 20 und 21 zwischen den Radialzylinderrollenlagern 22 und 23 bzw. die Axialzylinderrollenlager 24 und 25 zwischen den Radialzylinderrollenlagern 26 und 27 angeordnet sind.
Die 3 zeigt zwei erfindungsgemäße Prinzipdarstellungen 3a und 3b, bei denen die Axialzylinderrollenlager 28 und 29 außerhalb der Radialzylinderrollenlager 30 und 31 bzw. die Axialzylinderrollenlager 32 und 33 außerhalb der Radialzylinderrollenlager 34 und 35 angeordnet sind.
Die 3 zeigt somit in der 3a eine Schneidrolle mit Radialzylinderrollenlagerung mit separater, außen liegender Axialzylinderrollenlagerung, bei der die Axiallager in axialer Richtung außerhalb der Radiallager angeordnet sind mit indirektem Kraftfluss und in der 3b mit direktem Kraftfluss. Bei dieser Ausführung dient die Achse als Lagerlauffläche für die Radialzylinderrollenlager und die Axialzylinderrollenlager und die verwendeten Axialzylinderrollenlager sind mit Wälzkörperkäfig ausgeführt.
Das in dargestellte Konzept mit indirektem Kraftfluss ist in einer konstruktiven Umsetzung in als Schnittansicht dargestellt.
Bei der Schneidrolle 40 sind auf der Achse 41 zwei Deckel 42 und 43 angeordnet, die als Lagerlauffläche für das Axialzylinderrollen 44 und 45 dienen und gleichzeitig den Sitz für die Laufwerkdichtungshälften 46 und 47 bilden. Über einen der im Grundkörper 48 einschraubbaren Deckel 42 lässt sich die Vorspannung der Axialzylinderrollenlager 44, 45 einstellen.
Die Schneidrolle 40 kann mit einem schraubbaren Deckel 42 (Montierbarkeit, Einstellung der Vorspannung der Axialzylinderrollenlager) und auf der Gegenseite mit einem fest oder lösbar mit dem Grundkörper 48 verbundenen Deckel 43 ausgeführt sein. Aus Fertigungs- und Kostengründen ist die in 4 gezeigte Schneidrolle 50 mit zwei schraubbaren Deckeln 42, 43 ausgeführt.
Die Lagerlauffläche des Außenringes der Lager der Radialzylinderrollen 50 kann direkt auf der Innenseite des Grundkörpers 48 aufgebracht werden. Vorteilhaft kann es sein, die Lagerlauffläche auf einen einpressbaren Lageraußenring 49 aufzubringen.
Der Schneidring 51 ist mit einem Sicherungsring 52 gehalten und der Grundkörper 48 liegt zwischen einer Distanzhülse 53 und einer Hülse 54 mit Spiel. Ein O-Ring 55, 56 dichtet zwischen Grundkörper 48 und Deckel 43 ab.
Die Schneidrolle 60 hat eine Achse 63, einen Grundkörper 64, auf dem gesichert mit einem Sicherungsring 65 ein Schneidring 66 angeordnet ist. Die Dichtung 67 und der O-Ring 68 dichten den Deckel 62 ab und die Distanzhülse 69 und die Hülse mit Spiel 70 halten den Lagerinnenring 71, zwischen dem und dem Grundkörper 64 die Radialzylinderrollen 72 angeordnet sind. Die Axialzylinderrollen 73 liegen zwischen den Deckeln 61 und 62 und dem Grundkörper 64.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN ISO 281 [0021]

Claims

Schneidrolle mit einem Radiallager zur Aufnahme von in radialer Richtung wirkenden Kräften und einem Axiallager, das in axialer Richtung wirkende Kräfte aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass sie in axialer Richtung außerhalb der Radiallager bzw. des Radiallagers (30, 31) angeordnete Axiallager (28, 29) aufweist.
Schneidrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager (30, 31) mehrere Rollen bzw. Wälzkörper (50) aufweist.
Schneidrolle nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (28, 29) mehrere Rollen bzw. Wälzkörper (44, 45) aufweist.
Schneidrolle nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Axiallager (28, 29) und/oder Radiallager Zylinderrollen als Wälzkörper (50, 44, 45) aufweisen.
Schneidrolle nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Radiallager (30, 31) mit Radialzylinderrollen (11) mit vollrolligem Lager ohne Wälzkörperkäfig aufweist.
Schneidrolle nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Axiallager (28, 29) mit Axialzylinderrollen (12) mit Wälzkörperkäfig aufweist.
Schneidrolle nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Radiallager (30, 31) mit zwei oder drei parallel angeordneten Wälzkörperreihen aufweist.
Schneidrolle nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Achse (41) und mindestens eine Laufwerkdichtung (43) aufweist, bei der die Achse (41) als zweite Dichtfläche für die Laufwerkdichtung (43) dient.
Schneidrolle nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Deckel (42) aufweist, der als Lagerlauffläche für das Axiallager (44, 45) dient und gleichzeitig den Sitz für eine Laufwerkdichtungshälfte bildet.
Schneidrolle nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit zwei schraubbaren Deckeln (42, 43) ausgebildet ist.
Schneidrolle nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Distanzhülse (53) zwischen einem Lageraußenring (49) und einem Deckel (43) aufweist.
Schneidrolle nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Hülse (54) mit Spiel zwischen einem Lageraußenring (49) und einem Deckel (43) aufweist.