[01] Die Erfindung betrifft eine Schneidrolle, zum Lösen von Baugrund bei der Verwendung auf einem Schneidrad oder Bohrkopf, mit einer Axialzylinderrollenlagerung und einer Radialzylinderrollenlagerung und eine Tunnelvortriebsmaschine mit einer derartigen Schneidrolle.

[02] 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) um- fassen.

[03] 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 Bo- den 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.

[04] 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 Ke- gelrollenlagern ausgeführt, die gleichzeitig radiale und axiale Lasten aufnehmen.

|Bestätigungskopie| [05] Die Ausführung der Schneidrollenlagerungen basiert auf erworbenem Erfahrungswissen und ist in den letzten 50 Jahren vom Lagerkonzept her weitgehend unverändert geblieben. Ausführungsbeispiele zeigen die US 1965/3216513, die DE 1987/3702281 AI und die US 2012/0212034 AI . Die dort dargestellten Lageranord- nungen haben sich im Rahmen ihrer, auf Grund der starken Belastungen, kurzen Lebensdauer bewährt. Da es sich bei Schneidrollen um kritische Bauteile handelt, die durch einen Ausfall erhebliche Folgeschäden verursachen können, werden die bewährten Lageranordnungen von einem Fachmann in der Regel weder in Frage gestellt noch verändert. [06] Schneidrollen werden mit großen, in radialer Richtung wirkenden Kräften belastet. Die mittleren Kräfte liegen bei etwa 250 kN und Spitzenlasten liegen bei etwa 2500 kN. Ungefähr 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. Schneidrol- len mit Kegelrollenlagerung werden derzeit von den meisten Herstellern in unterschiedlichen Bauformen 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. [07] Die Aufgabenstellung der Erfindung richtet sich auf die Verbesserung der Lagerlebensdauer von Schneidrollen.

[08] Diese Aufgabe wird mit einer Schneidrolle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[09] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass Schneidrollen mit Kegelrol- lenlager insbesondere bei hohen und stoßartigen Lasten eine geringe Lagerlebensdauer haben. Schneidrollen mit Zylinderrollenlagern und innen liegenden Axiallagern sind durch deren Bauhöhe im Bauraum für die Radialzylinderrollenlager eingeschränkt. Dies führt zu einer eingeschränkten Lagerlebensdauer der Radialzylinderrollenlager (Figur 2 a, 2 b). Darüber hinaus ist ein ungünstiger Kraftfluss innerhalb des Schneidrollengrundkörpers zu beobachten.

[10] Erfindungsgemäß werden daher vorgeschlagen, die Axialzylinderrollen der Axi- alzylinderrollenlagerung in axialer Richtung außerhalb aller RadialzylinderroUen der Radialzylinderrollenlagerung anzuordnen und die RadialzylinderroUen zwischen den Laufflächen der Axialzylinderrollen anzuordnen. Es werden somit eine Radialzylinderrollenlagerung und eine separate, außen liegende Axialzylinderrollenlagerung vorgeschlagen, bei der die Axiallager in axialer Richtung außerhalb der Radiallager angeordnet sind. Die Wälzlagerung ist durch die getrennte Übertragung der Radial- und Axial- kräfte sowie der in axialer Richtung außerhalb der Radiallager angeordneten Axiallager gekennzeichnet.

[ 1 1 ] Die Radial- und die Axiallagerung der Schneidrollen sind als Wälzlagerungen mit Wälzkörpern ausgeführt. Als Wälzkörper werden bei dieser Lageranordnung sowohl für die Radial- als auch für die Axialwälzkörperlagerung Zylinderrollen verwendet. La- gerungen mit Zylinderrollen erreichen hohe Lagertragzahlen und besitzen fertigungstechnisch günstig herzustellende Lagerlaufflächen.

[ 12] Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Schneidrollen werden in der neu entwickelten Schneidrollenlagerung die Lasten über eine neuartige Anordnung von Axial- und Radialzylinderrollenlager aufgenommen. Diese neuartige La- geranordnung vergrößert den nutzbaren Bauraum für die Radialzylinderrollenlager und ermöglicht eine deutliche Steigerung der erzielbaren Lagerlebensdauer gegenüber den bei Schneidrollen bekannten Lageranordnungen.

[13] Des Weiteren entfällt die Notwendigkeit die Axialkräfte über die Lageraußenringe wie in Figur 2 a gezeigt oder über Lagerinnenringe wie in Figur 2 b gezeigt auf die Achse zu leiten, so dass Bauraum in radialer Richtung für die Radiallager frei wird. [ 14] Durch diese Lageranordnung kann die Wahl der Wälzkörperdurchmesser und Teilkreisdurchmesser der Wälzkörpersätze weitgehend unabhängig von der Baugröße der Axialzylinderrollenlager erfolgen.

[ 15] Durch größere Wälzkörperdurchmesser und Teilkreisdurchmesser der Wälzkör- perrollensätze 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 :

7 3 29

C _r = b _m x f _c x (i x L _we > x ϊ x D _we " .

[ 16] Beim Prinzip des direkten Kraftflusses besteht darüber hinaus ein deutlich ver- besserter Kraftfluss.

[17] Letztlich wird die Stützwirkung der Lageranordnung mit außen liegenden Axialzylinderrollenlagern im Vergleich zur Lageranordnung mit innen liegenden Axialzylinderrollenlagern verbessert.

[ 18] Vorteilhaft ist es, wenn die Radialzylinderrollen eine Linie zwischen den Axial- zylinderrollen schneiden. Die Radialzylinderrollen liegen somit in dem Bauraum zwischen den Axialzylinderrollen und somit auf der gleichen radialen Höhe. Im Gegensatz dazu zeigen die Figuren 2 a und 2 b Axialzylinderrollen, die entweder radial außerhalb oder innerhalb einer die Radialzylinderrollen verbindenden Linie angeordnet sind.

[ 19] Die verwendeten Radiallager werden vorzugsweise ohne Wälzkörperkäfig aus- geführt. Die Verwendung von vollrolligen Radialzylinderrollenlagern ohne Wälzkörperkäfig ist für Schneidrollen vorteilhaft, da eine vollrollige Lagerausführung höhere Tragzahlen erreichen kann als Lager mit Wälzkörperkäfig.

[20] Die verwendeten Radiallager können unterschiedlich viele, parallel angeordnete Wälzkörper-Reihen aufweisen. Vorteilhaft kann die Verwendung von drei parallel an- geordneten 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 gegebenenfalls die Lagerlebensdauer erhöhen.

[21] Laufwerkdichtungen werden in der Regel paarweise ausgeführt. Vorteilhaft kann eine Ausführung sein, bei der die Achse als zweite Dichtfläche für die Laufwerkdich- tung oder die Laufwerkdichtungen genutzt wird. Dadurch kann der für die Dichtung notwendige Bauraum in axialer Richtung verringert werden. Alternativ kann die Schneidrolle einen Grundkörper und mindestens eine Laufwerkdichtung aufweisen, bei der der Grundkörper als zweite Dichtfläche für die Laufwerkdichtung oder die Laufwerkdichtungen dient. [22] 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.

[23] Aus Fertigungs- und Kostengründen kann es vorteilhaft sein, die Schneidrolle mit zwei schraubbaren Deckeln auszuführen. [24] Die Schneidrolle kann auch ohne Hülsen ausgeführt werden. Die Verwendung einer Distanzhülse, wie sie in Figur 4 mit der Bezugsziffer 53 und in Figur 5 mit der Bezugsziffer 69 gezeigt ist, 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, diein Figur 4 mit der Bezugs- ziffer 54 und in Figur 5 mit der Bezugsziffer 70 gezeigt ist, verhindert das Verschieben des Lageraußenringes um ein schädliches Maß während des Betriebs.

[25] Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[26] Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt Figur 1 eine Schnittansicht einer bekannten Schneidrolle mit Kegelrollenlagerung, Figur 2 in prinzipieller Darstellung bekannte Schneidrollen mit Radialzylinderrollenla- gerung und separater, innen liegender Axialzylinderrollenlagerung,

Figur 3 in prinzipieller Darstellung erfindungsgemäße Schneidrollen mit Radialzylinderrollenlagerung und separater, außen liegender Axialzylinderrollenlagerung, Figur 4 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schneidrolle mit separaten Axial- und Radiallagern und indirektem Kraftfluss und

Figur 5 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schneidrolle mit separaten Axial- und Radiallagern und direktem Kraftfluss.

[27] Die in Figur 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 De- ekel 9 und der Achse 2 zusammen. Zwischen einem Lagerinnenring 1 1 und dem Lageraußenring 12 liegen die Walzkörper 13.

[28] Seltener werden Schneidrollen mit Zylinderrollenlagern ausgeführt, bei denen die Lasten durch separate Axial- und Radialzylinderrollenlager aufgenommen werden. Die Figur 2 zeigt zwei Prinzipdarstellungen 2 a und 2 b, bei denen die Axialzylinderrol- len 20 und 21 zwischen den Radialzylinderrollen 22 und 23 bzw. die Axialzylinderrollen 24 und 25 zwischen den Radialzylinderrollen 26 und 27 angeordnet sind.

[29] Die Figur 3 zeigt zwei erfindungsgemäße Prinzipdarstellungen 3 a und 3 b, bei denen die Axialzylinderrollen 28 und 29 außerhalb der Radialzylinderrollen 30 und 31 bzw. die Axialzylinderrollen 32 und 33 außerhalb der Radialzylinderrollen 34 und 35 angeordnet sind. [30] Die Figur 3 zeigt somit in der Figur 3 a 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 Figur 3 b mit direktem Kraftfluss. Bei dieser Ausführung dient die Achse als Lagerl auf fläche für die Radialzylinderrollen und die Axialzylinderrollen und die verwendeten Axialzylinderrollen sind mit Wälzkörperkäfig ausgeführt.

[31] Das in Abbildung 3 a dargestellte Konzept mit indirektem Kraftfluss ist in einer konstruktiven Umsetzung in Abbildung 4 als Schnittansicht dargestellt.

[32] Bei der Schneidrolle 40 sind auf der Achse 41 zwei Deckel 42 und 43 angeord- net, 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 Lagerung der Axialzylinderrollen 44, 45 einstellen.

[33] Die Schneidrolle 40 kann auf der einen Seite zur Erleichterung der Montierbar- keit und zur Einstellung der Vorspannung mit einem schraubbaren Deckel 42 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 Figur 4 gezeigte Schneidrolle 40 mit zwei schraubbaren Deckeln 42, 43 ausgeführt.

[34] 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.

[35] Der Schneidring 51 ist mit einem Sicherungsring 52 gehalten und der Grundkörper 48 liegt zwischen einer Distanzhülse 53 und einer Hülse 54 mit Spiel. Die O-Ringe 55, 56 dichten zwischen Grundkörper 48 und Deckel 42 bzw. 43 ab.

[36] Die Schneidrolle 60 hat eine Achse 63 und einen Grundkörper 64, auf dem gesichert mit einem Sicherungsring 65 ein Schneidring 66 angeordnet ist. Die Dichtungen 67 und 75 sowie die O-Ringe 68 und 76 dichten die Deckel 61 und 62 ab. Die Distanzhülse 69 und die Hülse mit Spiel 70 verhindern ein Verschieben des Lagerinnenrings 71. Zwischen dem Lagerinnenring 71 und dem Grundkörper 64 sind die Radialzylin- derrollen 72 angeordnet. Die Axialzylinderrollen 73 und 74 liegen zwischen den De- ekeln 61 und 62 und dem Grundkörper 64.