Herrenknecht AG - Grenzflächenprüfstand

Blickpunkte

Technik und Anwendung

Beim maschinellen Tunnelvortrieb in tonigen Geologien kommt es immer wieder zu Verklebungen, die den Abbauprozess behindern. Betroffen sind sowohl der Baugrund an sich als auch die vortriebsrelevanten Bauteile von Tunnelvortriebsmaschinen, insbesondere Schneidrad, Abbauwerkzeuge und Förderschnecke der Maschine. Der Prüfstand soll zur Untersuchung derartiger Grenzflächenprozesse eingesetzt werden und das Adhäsions- und Verklebungsverhalten zwischen mineralischen Oberflächen und den Stahloberflächen einer Tunnelbohrmaschine nachstellen und überprüfbar machen. Dabei soll herausgefunden werden, wie durch die Zugabe bestimmter Fluidtypen und –mengen sowie durch gezielte chemische und elektrokinetische Manipulationen des Prüftons das Adhäsionsverhalten beeinflusst und minimiert werden kann.

Herzstück des Prüfstandes ist ein im Maßstab 1:100 verkleinertes Schneidrad, das auf die wesentlichen Merkmale eines realen Schneidrades reduziert wurde. Mehrere Öffnungen erlauben die gezielte Zugabe von Fluiden mithilfe von bis zu zwei Dosierpumpen. Außerdem ist das Schneidrad mit integrierten Sensoren zur laufenden Temperaturerfassung ausgestattet. Das Schneidrad wird über einen Elektromotor angetrieben. Der Vortrieb erfolgt über eine ebenfalls elektrisch angetriebene Lineareinheit. Drehzahl, Anpresskraft, Vorschubgeschwindigkeit und Volumenstrom der Fluide lassen sich über die Steuerung vorwählen. Der abgetragene Ton wird über eine Förderwendel aus dem Prüfling gefördert und in einer Wanne zur weiteren Analyse gesammelt.

Zur Auswertung der unterschiedlichen Maßnahmen wird eine ganze Reihe von Messwerten erfasst und dokumentiert. Dazu gehören Drehmoment, Vorschubgeschwindigkeit, Drehzahl, Anpresskraft und Temperatur.

Technische Daten

Drehzahl: 5 bis 20 U/min
Drehmoment: 5 bis 500 Nm
Vorschubgeschwindigkeit: 5 bis 60 mm/min
Anpresskraft: 0,2 bis 3 kN
Volumenstrom Additive max.: 2 x 350 ml/min
Temperaturmessung: 0 bis 100°C
Abmessungen (L x B x H): 3,4 x 1,0 x 1,2 m
Max. Probengröße (Ø x L): 100 x 1.000 mm

Ergebnis und Ausblick

Der Grenzflächenprüfstand ist seit Frühjahr 2011 erfolgreich bei der Firma HERRENKNECHT in Betrieb. Dort werden in unterschiedlichen Testreihen alternative Lösungsansätze zur Vermeidung bzw. Reduzierung von Materialanhaftungen untersucht. Ziel dieser Untersuchungen ist es die Effektivität und Wirtschaftlichkeit im realen Bohrbetrieb zu erhöhen.

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